这位诺贝尔奖得主揭示:科学家进行发现最需要什么

Nobel Prize in Physics laureate Donna Strickland speaks during her Nobel Lecture "Generating High-Intensity Ultrashort Optical Pulses" at the Aula Magna, Stockholm University, in Stockholm, Sweden December 8, 2018. TT News Agency/Christine Olsson/via REUTERS ATTENTION EDITORS - THIS IMAGE WAS PROVIDED BY A THIRD PARTY. SWEDEN OUT. NO COMMERCIAL OR EDITORIAL SALES IN SWEDEN. - RC1DDD1744F0
We must give scientists the opportunity through funding and time.Image: REUTERS
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自从我因啁啾脉冲放大获得诺贝尔物理学奖的消息公布以来,人们一直高度关注这项技术的实际应用。

人们想知道它会如何影响自己的生活,这可以理解。但作为一名科学家,我希望社会也能同样关注基础科学。毕竟,没有背后由好奇心驱动的研究,就不会有这些应用。支持人们进一步了解科学——为了科学本身而研究科学——是值得的。

热拉尔·穆鲁,我的诺贝尔奖共同得主,我们于20世纪80年代中期研发出了啁啾脉冲放大技术。起初,穆鲁提出了一个问题:我们能否将激光强度提高几个数量级,也就是提高数千倍?当时,他是我在罗切斯特大学的博士生导师。穆鲁建议先将低能量的超短光脉冲拉长,再放大,最后压缩。作为研究生,具体细节由我来处理。

一项革新激光物理学的目标

我们的目标是革新高强度激光物理学这一基础科学领域。我们希望借助激光了解高强度光如何改变物质,以及在这种相互作用中物质又如何影响光。

唐娜·斯特里克兰在她的实验室里。Image: 路透社/彼得·鲍尔

我花了一年时间制造这台激光器。我们证明了可以将激光强度提高几个数量级。事实上,啁啾脉冲放大技术产生了有记录以来最强的激光脉冲。我们的发现改变了人们对原子如何与高强度光相互作用的认识。

又过了大约十年,如今常见的实际用途才逐渐出现。

诸多实际应用

由于高强度脉冲持续时间很短,激光只会损伤其照射的区域。因此,它能实现精准、整洁的切割,特别适合透明材料。外科医生可以在激光眼科手术中用啁啾脉冲放大技术切开患者的角膜。它也能整齐地切割手机中的玻璃部件。

科学家正基于我们对高强度激光的认识,研究如何利用强度最高的啁啾脉冲放大激光来加速质子。

希望有一天,这些加速后的粒子能帮助外科医生切除目前无法手术去除的脑肿瘤。未来,啁啾脉冲放大激光或许能将太空垃圾推出地球轨道,送入地球大气层,使其燃烧殆尽,避免与运行中的卫星相撞。

在许多情况下,实际应用比最初的发现晚几年,甚至几十年才出现。

阿尔伯特·爱因斯坦于1917年推导出了激光的方程,但直到1960年,西奥多·梅曼才首次展示激光。伊西多·拉比于1938年首次测量了核磁共振。1944年,他因这项研究获得诺贝尔物理学奖,而这项研究促成了磁共振成像(MRI)的发明。首例人体磁共振成像检查于1977年进行。

当然,应用值得高度关注。不过,在实现应用之前,研究人员首先必须理解其背后的基本问题。

“基础科学”这个说法可能会让一些人误以为它与自己的生活并无真正关联,因为它似乎离他们熟悉的事物很远。此外,“基础”一词在非科学语境中有“简单”之意,这可能削弱人们对基础科学重要性的认识。

我们必须通过提供资金和时间,让科学家有机会开展由好奇心驱动的长期基础科学研究。那些对产业或经济没有直接影响的研究同样值得支持。支持一颗充满好奇、努力探索新事物的心,可能带来什么,谁也无法预知。

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