搜狐科技《思想大爆炸——對話科學家》欄目第32期,對話中國科學院科學傳播研究中心副主任、中國科學技術大學科技傳播系副主任袁嵐峰。
嘉賓簡介:
袁嵐峰,中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心副研究員、中國科學技術大學科技傳播系副主任、中國科學院科學傳播研究中心副主任,科普專家,被評為“典贊·2018科普中國”十大科學傳播人物。
劃重點:
1.阿秒光脈沖可被理解為高速相機原理,想抓拍到人運動過程中的精彩瞬間,需要一個反應速度快的相機。它正是微觀反應研究中的“高速相機”,可觀察電子運動的瞬間過程。
2.阿秒光脈沖目前處在基礎研究階段,它打開了一扇門,但門后有什么還需要我們去探索。
3.除了在醫療診斷方面能用阿秒光脈沖進行無損分子檢測外,其在物理、化學、生物等研究領域也將發揮重要推動作用。
4.現在得獎的重要因素除了要做出科研成果,還要鍛煉好身體,活得夠長才行,因為它只頒給活著的人。
出品|搜狐科技
作者|鄭松毅
北京時間10月3日下午,瑞典皇家科學院揭曉了2023年諾貝爾物理學獎,科學家皮埃爾?阿戈斯蒂尼 (Pierre Agostini)、費倫茨?克勞斯 (Ferenc Krausz) 和安妮?盧利爾 (Anne L'Huillier)獲獎,以表彰他們在阿秒光脈沖方面所做出的貢獻。
據諾貝爾獎官網消息,2023年每項諾貝爾獎的獎金都增加了100萬瑞典克朗,達到1100萬瑞典克朗,約合人民幣720萬元。
什么是阿秒光脈沖,研究它有什么用?
中國科學院科學傳播研究中心副主任、中國科學技術大學科技傳播系副主任袁嵐峰向搜狐科技介紹,“阿秒是10的負18次方秒,是目前人們所能控制的最短時間量級。一秒里有多少個阿秒,就相當于目前的宇宙年齡里有多少秒。阿秒光的高分辨率可以用于觀察一些瞬間過程,例如電子的運動。”
他補充解釋道,阿秒光脈沖可以被理解為高速相機原理,想抓拍到一個人運動過程中的精彩瞬間,需要一個反應速度快的相機。阿秒光脈沖正是微觀反應研究中的“高速相機”。
讀中學時,總聽到化學老師舉著課本講述化學反應發生時電子得失的變化,但遺憾的是從沒真正見到過電子運動的實際觀察圖。袁嵐峰表示,這將被阿秒光脈沖實現,原子核的典型運動時間尺度是飛秒(10的負15次方秒),而電子的運動時間尺度正是阿秒。
一項新研究發現誕生后,總會催生人們對其應用場景的期待。
袁嵐峰坦言,“阿秒激光目前還沒有多大用處,它的應用是剛剛開始,還都是在基礎研究方面。”但這并不代表阿秒光脈沖沒有未來應用潛力,他強調,諾貝爾獎官方給出的科普材料中介紹道,一種從人體取樣后,用阿秒光脈沖進行無損分子分析的新型醫療診斷技術正在萌然而生。
早在2018年,諾貝爾物理學獎曾頒發給飛秒激光,當時發現時也沒有匹配到合適的應用場景,但飛秒激光現在已被廣泛應用于眼科激光手術等領域。
他指出,除醫療領域外,阿秒光脈沖因具備看清電子運動的能力,在物理(凝聚態、超導)、化學、生物等研究領域也將發揮重要推動作用。
“目前阿秒光脈沖雖還是基礎研究階段,但讓我們能夠理解某些過程,或是有可能發現一些以前意想不到的過程。發現新奇的科學現象,永遠是科學家的第一目標。它打開了一扇門,但是這個門后面有什么還需要我們去深入探索。如同愛因斯坦是因為解釋光電效應獲得諾貝爾獎的,但剛開始發現光電效應的人絕沒有想到這個效應現在會被廣泛應用于手機拍攝。”
為何阿秒光脈沖最早從1988年就開始研究,至今才被頒獎?
袁嵐峰介紹,諾貝爾獎存在一個很有趣的現象,開始階段往往授予的是一些比較年輕的科學家,到后來得獎者的年齡越來越高。這是因為諾貝爾獎隨著科學的快速發展出現了排隊現象,新增的科學研究越來越多,諾貝爾獎評委需要花時間去評判,再按順序頒獎,從而出現了“延遲頒獎”的情況。
他開玩笑說道,“現在得獎的重要因素除了要做出科研成果,還要鍛煉好身體,活得夠長才行,因為它只頒給活著的人。”
在外國科學家頻頻獲獎后,很多網友好奇,中國不乏創新精神,但為何諾貝爾獎獲得者屈指可數?
袁嵐峰認為,科學研究分為定性和定量兩種突破。定性指的是從零到一的突破,重要的是告訴大家這件事是可以做的;而定量指的是從一到一百的突破,是在實驗初次做成后再不斷優化的過程。
“從零到一的研究突破往往是最受人關注的,頒獎也會優先想到這些人。我們科學家在這方面還比較少,中國大部分做的是從一到一百,在這個階段做的非常好。例如鐵基超導是日本科學家在2008年最初發現的,但此后的成果絕大多數都來自中國。然而如果鐵基超導獲得諾貝爾獎,那排在第一位的肯定還是日本科學家。這并不是因為中國人缺乏創造力,而是因為中國從21世紀才真正開始大力發展現代科學,我們做這個事情的時間太短了。我們在很多領域還處于‘工欲善其事必先利其器’的階段,例如建造天文望遠鏡。不久前,中國科學技術大學與中國科學院紫金山天文臺合作的墨子巡天望遠鏡就剛剛在青海冷湖建成。當這些基礎設施完善后,中國從零到一的突破自然會多起來。”
關于諾貝爾物理學獎
諾貝爾物理學獎是根據瑞典著名化學家阿爾弗雷德·貝恩哈德·諾貝爾的遺囑,以其部分遺產作為基金創立的5個獎項之一,旨在獎勵在物理學領域里做出突出貢獻的科學家。其余4個獎項分別為化學獎、和平獎、生理學或醫學獎和文學獎。
1901年至2022年間,諾貝爾物理學獎共計頒發了116個獎項,共誕生了222位得主。由于約翰·巴丁是唯一一位曾于1956年和1972年兩次獲得諾貝爾物理學獎的獲得者,這意味著共有221人曾獲得諾貝爾物理學獎。
2022年,諾貝爾物理學獎頒給了法國物理學家阿蘭·阿斯佩(Alain Aspect)、美國物理學家約翰·弗朗西斯·克勞澤(John F. Clauser)和奧地利物理學家安東·塞林格(Anton Zeilinger)以表彰“用糾纏光子驗證了量子不遵循貝爾不等式,開創了量子信息學”。
2021年,諾貝爾物理學獎被授予三名科學家。其中,日裔美籍科學家真鍋淑郎和德國科學家克勞斯·哈塞爾曼因“建立地球氣候的物理模型、量化其可變性并可靠地預測全球變暖”的相關研究獲獎,意大利科學家喬治·帕里西因“發現了從原子到行星尺度的物理系統中無序和波動的相互作用”獲獎。
2020年,諾貝爾物理學獎頒發給了三位獲獎者,因為“他們發現了宇宙中最奇異的現象之一——黑洞”。英國科學家羅杰·彭羅斯因證明黑洞是愛因斯坦廣義相對論的直接結果而獲獎;德國科學家賴因哈德·根策爾和美國科學家安德烈婭·蓋茲因在銀河系中央發現超大質量天體而獲獎。