2018年诺贝尔物理学奖花落激光物理领域，而激光研究的终点在哪里呢？“在真空中把能量直接转化为物质需要极高的能量密度，激光是一种可以提供极高能量密度的手段。” 中科院院士、中科院上海光机所所长李儒新说，“如果我们认为宇宙大爆炸是正确的，那么点燃爆炸的那一束超级激光来自哪里？或许是多层宇宙。”
在前天由上海市科协、李政道研究所、中科院上海光学精密机械研究所联合主办的2018年诺贝尔物理学奖深度解读报告会上，人类对于激光的操控和应用，以及激光与宇宙终极命题的猜想，让200多位听众大开眼界。
抓住微粒的光学镊子
本月初，美国科学家亚瑟·阿什金、法国科学家杰拉德·莫罗和加拿大科学家唐娜·斯特里克兰因在激光物理研究领域的突破性发明获得今年的物理学奖。
阿什金被许多人认为是光学镊子领域之父。而以激光为镊子，不仅可以帮助科学家俘获分子、原子，还广泛应用于生命科学领域，诸如DNA、蛋白质的研究。
诺贝尔物理学奖评委会委员、瑞典科学院院士、北欧理论原子物理研究所主任、瑞典斯德哥尔摩大学教授托尔斯·汉斯·汉森，用“吹风机口上的乒乓球”来比喻激光对微粒的操控能力。
“如果把一个乒乓球放在吹风机的口上，你会发现乒乓球不仅漂浮在空中，还会定位在风口的中央。”汉森说，“当一束激光打到微粒时，这颗微粒也会如同乒乓球一样，自然而然地来到激光束的中央位置。”
如此一来，科学家就可以用激光捕获微粒。这一现象与光辐射的梯度力有光，并有着一定的限定条件。1970年，阿什金采用一束高斯激光，成功地在垂直于光的传播方向上束缚了悬浮在水中的聚苯乙烯微粒，这一实验将辐射压的应用从原子量级扩展到了微米范围，奠定了光镊的研究基础。1987年，他又把单束激光引入高数值孔径物镜，证明光镊可以无损伤地操纵活体物质。这使得科学家可以用光镊“将细胞从它们的正常位置移去的能力，从而打开了精确研究其功能的大门”。
如今，已经96岁的阿什金因此成为有史以来年纪最大的诺奖获得者。“如果仅仅是光镊，老先生还不一定能获奖，重要的是光镊在生命科学的广泛应用。而1987年，他已经65岁了。”李儒新半开玩笑地说，“这说明，科学家要活到老，研究到老。”
太阳女神激光的关键所在
作为已经创造了10拍瓦世界级成果的上海超强超短激光实验装置项目负责人，李儒新对于莫罗和唐娜的“啁啾脉冲放大技术”可谓了如指掌。
“啁啾”形容的是鸟儿鸣叫的声音，刚开始时往往略低，之后不断上扬，直冲云霞。唐代诗人王维有诗《黄雀痴》：“到大啁啾解游飏，各自东西南北飞。”而在激光领域，“啁啾脉冲放大技术”可以将激光脉冲时间压缩到飞秒（一千万亿分之一秒）量级，从而得到惊人的峰值功率。
李儒新挥舞着手中的激光笔说：“这支激光笔的功率是毫瓦级的，如果我们将1毫瓦的激光笔连续发光1秒的能量，变成时间宽度为1皮秒（一万亿分之一秒）的脉冲激光，其峰值功率就达到了1吉瓦级别，这是一个核电机组的功率水平。”
而上海超强超短激光的10拍瓦功率，是全球电网平均功率的5000倍，全球能耗平均功率的1000倍。更为简单的比较是，1个拍瓦相当于1个太阳的输出功率。“上海超短超强激光有个好听的名字——‘羲和激光’。”李儒新说，“羲和是《山海经》中记载的中国太阳女神，她生下了10个太阳，正好对应我们的10拍瓦。”
与阿什金不同，有关“啁啾脉冲放大技术”的论文是诺贝尔物理学奖第三位女性获得者唐娜的第一篇学术论文。那时刚刚26岁的唐娜距离她的博士学位还有好多年。“重视你的每一篇论文，说不定哪天就能获奖了。”李儒新幽默地对现场大学生说。
用激光寻找宇宙的起源
“我们诺奖评委有一个原则，从来不预测诺奖，也不会对落选诺奖的热门人选给出解释。”阿什金对于现场有关诺奖预测的提问三缄其口。而李儒新则要开放得多，他说：“我专门研究了近20年诺贝尔奖中与激光相关的获奖者，既有物理学的，也有化学的。他们或者发明了激光新技术，或者用激光创造出了物质的新状态，或者将激光作为精密的工具，加起来超过10个。未来，还会有一些获奖，将与激光有关。”
李儒新预测说，超短超强激光进一步发展，从皮秒到阿秒，再到仄秒，将驱动产生极端超快相干光源，从而开辟超快光核物理研究等新前沿。加拿大渥太华大学阿秒光子学领域研究主席保罗·科尔库姆、德国马普量子光学研究所所长费伦茨·克劳斯，因为在阿秒物理学中作出的突出贡献而成为诺奖的有力争夺者。
而激光加速器也是一个有前途的领域。它能将大型的高能粒子加速器变得小型化，也会对同步辐射装置、自由电子激光及高能物理研究带来深远影响。“我们还能用激光加速器生产反物质，并将反物质囚禁冷却，为太空航行提供反物质推进器。”李儒新脑洞大开地展望说，“最终，我们或许会用激光来寻找宇宙的起源。”(作者 耿挺)
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