我们的世界充满光，我们依靠光为地球上的生命提供能量。因此，表彰三位发明了利用光线探索世界新方法的科学家，恰如其分。
2018年诺贝尔物理学奖授予Arthur Ashkin、Gérard Mourou和Donna Strickland以表彰他们开发了由光束构成的工具。
Ashkin因光镊研究获得一半奖金。光镊是能够实际操控细胞或原子等微小物体的光束；而Mourou和Strickland因创造了能产生高强度超短激光脉冲的技术而获得另一半奖金。这类脉冲应用于眼科手术、材料科学、超快过程研究和等离子体物理学等领域。
Alfred Nobel在遗嘱中规定，物理学奖应授予“物理学领域内最重要的发现或发明”，因此，作为一名物理学家，我认为他会欣慰地看到，今年的奖项表彰了20世纪70年代和80年代的发明，这些发明已带来造福人类的实际应用。
在210位诺贝尔物理学奖得主中，Donna Strickland是第三位女性，也是自1963年以来首位获奖女性。Marie Curie于1903年成为首位女性得主；她后来又于1911年获得诺贝尔化学奖。Maria Goeppert-Mayer是第二位女性得主。希望未来诺贝尔奖委员会能够缩短女性获奖者之间平均60年的间隔。
什么是光镊？
过去几十年来，利用光操控我们的世界已成为科学和医学领域的一项重要手段。今年的诺贝尔物理学奖表彰了促进多个领域进步的工具发明。光镊利用光将微小物体固定在原处，或测量它们的运动。光竟然能够将物体固定在原处，这或许听起来有些奇怪；但一个多世纪以来，人们早已知道，光可以通过所谓的辐射压力对物体施加作用力。1969年，Arthur Ashkin利用激光捕获并加速微米级物体，例如微小球体和水滴。这促成了光镊的发明。光镊使用两束或更多束相向照射的聚焦激光，吸引目标粒子或细胞移向光束中心并将其固定。每当粒子偏离中心，就会受到一股将其推回中心的作用力。
Steven Chu、Claude Cohen-Tannoudji和William D. Phillips因激光冷却陷阱研究荣获1997年诺贝尔物理学奖。这种陷阱也称为光学陷阱，能将原子限制在一定空间内。20世纪80年代，Askhin和Chu在贝尔实验室共事，为光学陷阱研究奠定了基础。Chu继续研究中性原子，而Ashkin则转向更大的生物学目标。1987年，Ashkin使用光镊观察单个细菌，且没有伤害这种微生物。如今，光镊已被常规用于分子和细胞研究。
Ashkin获得哥伦比亚大学学士学位和康奈尔大学博士学位。他于1952年加入贝尔实验室，并于1992年退休。但他在家中建起实验室，继续开展科学研究。他获得了45项以上专利。
为什么快速激光脉冲如此重要？
Gerard Mourou和Donna Strickland曾在罗切斯特大学共事，并在那里开发了名为啁啾脉冲放大（用于激光）的技术。20世纪80年代中期，Strickland还是研究生，Mourou则是她的论文导师。当时，更明亮激光的研发进展放缓；功率更强的激光往往会损坏自身。Strickland和Mourou发明了一种产生更强光线的方法，同时将其限制在短脉冲中。
你最熟悉的激光设备可能是激光笔或条形码扫描器，它们只是激光在日常生活中的部分用途。不过，这些激光的强度相对较低。许多科学应用需要强得多的激光。
为解决这一问题，Mourou和Strickland使用了脉冲极短（超短）的激光——也就是彼此间隔的短促光脉冲。通过啁啾脉冲放大，脉冲在时间上被拉长，变得更长、强度更低，随后再被放大至原来的100万倍。当这些脉冲再次压缩（即反向进行拉伸所用的过程）时，其强度远高于不使用啁啾脉冲放大技术所能产生的水平。打个比方，可以想象一根粗橡皮筋。拉伸时，橡胶会变薄；松开后，它会恢复原来的厚度。现在设想有一种方法，能让拉伸后的橡皮筋变得更厚。松开时，它最终会比原先更厚。激光脉冲的变化原理基本如此。
实现拉伸和放大的方法有多种，但世界上几乎所有功率最高的激光都采用了这种技术的某种变体。自啁啾脉冲放大技术发明以来，新型激光的最大强度持续大幅上升。
在我所从事的粒子物理领域，基于啁啾脉冲放大的激光被用于加速粒子束，这或许能以更短距离实现更高加速度。这可能带来成本更低的高能加速器，推动粒子物理学不断突破，使我们能够探测更加难以捉摸的粒子，并加深对宇宙的认识。
不过，并非所有粒子加速器都是大型强子对撞机那样的庞然大物；大型强子对撞机的周长达17英里。全球约有30,000台工业粒子加速器，它们在我们的日常生活中用于材料制备、癌症治疗和医学研究。Mourou和Strickland的研究或许有助于缩小这些加速器的体积，使其更小、更便宜。
如今，超快高强度激光也开始用于眼科手术。它可用于治疗角膜（眼睛表面），帮助部分患者改善视力。啁啾脉冲放大发明还应用于阿秒科学，以研究超快过程。阿秒是一秒的千万亿分之一。借助能够每隔一阿秒产生一次脉冲的激光，我们可以为极快过程拍摄快照，例如原子失去电子（电离）后又重新捕获电子的过程。
这项获得诺贝尔奖的研究构成了Strickland在罗切斯特大学博士论文的基础。Strickland博士现任加拿大滑铁卢大学副教授。Mourou于1990年成为密歇根大学超快光学科学中心的创始主任。后来，他又担任法国Laboratorie d’Optique de Applique的主任。
2018年诺贝尔物理学奖让人们关注到这三位科学家的开创性工作。在过去三十年里，他们的发明开辟了此前无法实现的科学研究和医疗治疗途径。我们必将长期受益于他们的工作。
