2023诺贝尔物理学奖解读 ——阿秒激光
0-09-01 08:20 发表于上海
2023年，诺贝尔物理学奖授予了俄亥俄州立大学的Pierre Agostini, 匈牙利-奥地利物理学家 Ferenc Krausz 和法国物理学家 Anne L’Huillier ，表彰他们在物质电子动力学研究中产生阿秒光脉冲的实验方法。墨子沙龙邀请到香港科技大学王一教授，针对阿秒激光，来一场快问快答。
Q: 1阿秒到底有多短？
A: 1阿秒是10的-18次方秒。“阿”这个单位就是10的-18次方。
Q: 什么样的物理过程会发生在这么短的时间里？
A: 这个物理过程就很有趣了。大家可能在网上看见过那种超慢速的摄影，比如说一个子弹打过一个苹果。但是我们想象如果子弹是一束光，然后苹果是一个原子，那么这束光跑过一个原子的时间就是1阿秒。
但是这里我也想去补充一下。“阿秒激光”这个词其实多多少少有那么一点标题党。现在光的脉冲长度还达不到1阿秒，但是只要达到阿秒的量级，就是说在几百阿秒还有几十阿秒的时候，我们也都把它叫做阿秒激光。
Q: 怎么样能产生这种阿秒光脉冲呢？
A: 比如说我们撩动琴弦的时候，它不光是有琴的给定的频率，还有一些更高频的成分，我们叫泛音。那么如果用物理的语言来讲就叫谐波。
阿秒光脉冲也是用这种类似的方法产生的。我们可以用飞秒激光去照射气体，气体就会得到一些高次谐波。把这些波通过合适的相位收集起来，就可以聚集成更短的脉冲。这就是阿秒激光。
Q: 阿秒激光有可能会能打破海森堡的测不准原理吗？
A: 阿秒激光是不会破坏海森堡的不确定性原理的。首先，不确定性原理是物理学的第一性原理，并不是技术可以破坏的。现在没有任何实验的迹象可以破坏这样的不确定性原理。
第二，确实我们在实验上也看到，无论是飞秒激光还是阿秒激光都是遵循不确定原理的。
因为它的光脉冲的长度是非常确定的，这样它的能量就要非常不确定，以满足不确定性原理。
所以说它的能量实际上是有一个分布的范围，并且一个光子的能量的平均值都是比较高的。
Q: 阿秒激光加热泡面需要花多久？
A: 需要几十阿秒吧，但是不保熟。阿秒激光的光束是非常快的，但是它其实每一个这样光束的能量也是非常小。所以说你也没有办法说拿这个光束去把整个一碗的泡面加热，但是它可以把泡面给雷的外焦里嫩。外边给加热的温度非常高，但是里边还是凉的。
Q: 激光近视手术里面提到的飞秒、半飞秒都是什么意思？
A: 其实这个半飞秒这个词我听见了以后，也吓了一跳。我一想你要是真的达到半飞秒，其实就是几百阿秒，不就阿秒了。但是我查了一下才发现，这个其实是语言的博大精深。半飞秒激光这个词的断句不是“半飞秒/激光”而是“半/飞秒激光”。也就是说这个手术它是一半是用飞秒激光的技术，另外一半是用其他的技术。
Q: 未来可能有阿秒激光近视手术吗？
A: 首先这个是医学的范围，但是作为我个人非常有限的看法，可能还是把飞秒手术的各种技术发展得更加成熟，再放到阿秒可能更有意义一点。因为激光就像一个手术刀，它快到一定程度已经不错了。所以可能像激光的精确性、稳定性的提高，以及医术的提高，是比把光脉冲缩短更重要的。
但是如果不是给人做手术，而是给分子做手术的话那就不一样了。因为分子它对应的特征时间是非常短的，就是几十上百阿秒这样的量级。所以说如果你感觉分子的某个化学键我看着不顺眼，把它切断或者重新连接，这样飞秒是不够的了，恐怕是要阿秒的。
Q: 既然给分子做手术需要更短的激光，那如果把仄秒激光器做出来，会不会有可能再拿一个诺奖？
A: 诺奖也不是完全凭激光的速度来发的，而是说看对于激光的技术是有多大的突破，以及它会有多大的应用，是这些方面综合的结果，要不然的话诺奖就成了计量单位了。
Q: 现在有仄秒相关的研究了吗？
A: 这种相关的研究是有的，但是还是要克服很多的科学上的困难。
Q: 最后请老师给我们出一道阿秒相关的物理高考选择题吧？
A: 别的高考题行吗？
Q: 行
A: 那就以刚才的视频为内容写一篇作文。字数800字以上，文体不限，诗歌除外。
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