313啦实用网转自：新京报评论
三位科学家的发明，让人类得以“肉眼”看见运动的微观世界。
文 | 张田勘
10月3日，2023年诺贝尔物理学奖公布了获奖名单。
据新华社报道，北京时间10月3日17时50分许，瑞典皇家科学院宣布，将2023年诺贝尔物理学奖授予美国俄亥俄州立大学名誉教授皮埃尔·阿戈斯蒂尼、匈牙利-奥地利物理学家费伦茨·克劳斯和瑞典隆德大学教授安妮·吕利耶，“以表彰他们为研究物质中的电子动力学而产生阿秒光脉冲的实验方法”。
众所周知，人的眼睛是看见物质的感官，但人的眼力是有限的。微小物质，如细胞、分子、原子和电子是难以用肉眼观察到的。但人类发明了显微镜，使得观察微小物质成为可能。
1665年，列文虎克发明了光学显微镜，过了几年，他又研制出了能把物体放大300倍的显微镜。由此，人们可以看到镜头下的红细胞、酵母菌，还能看到人类和动物的精子，及精子的游动。
然而，对于更小的物质，如纳米级物质，光学显微镜就无法观察了，因此需要更好和更先进的工具。这时，超分辨荧光显微镜应运而生，能够观察到纳米尺度的物质。
但是，超分辨荧光显微镜也难以观察到更小的物质，如原子和电子，更不用说观察原子和电子的移动，这就需要新的工具，也就是极短光脉冲。需要区分的是，光学显微镜主要是观察静态的物质，而观察运动的微观物体和物质需要光脉冲。
此外，人能感知的电影的时间分辨能力一般是几十帧，即几十毫秒量级（10的负2次方秒）的物体运动。然而，观察电子甚至原子核内的运动过程， 需要时间分辨率上升到阿秒甚至仄秒（10的负21次方秒），这只能通过阿秒激光来实现。
今年的诺贝尔物理学奖正是表彰三位科学家发明阿秒光脉冲，让人类观察原子和电子等极微小物质的运动成为现实。也就是说，他们的发明让人类得以“肉眼”看见运动的微观世界。
1987年，吕利耶首先发现，通过惰性气体传输红外激光时，激光中的每个周期都有给定的周期数。它们是由激光与气体中的原子相互作用引起的。1992年，吕利耶在隆德参加、安装了欧洲第一批飞秒脉冲钛蓝宝石固态激光系统之一。2003年，她带领团队产生了170阿秒脉宽的脉冲激光。
2001年，阿戈斯蒂尼成功地研究了一系列连续的光脉冲，其中每个脉冲仅持续250阿秒。同年，克劳斯设计了另一种类型的实验，可以分离出持续650阿秒的单个光脉冲，可用它来捕捉原子内部电子的运动。这也标志着阿秒物理的诞生。
三位物理学家创造和研发的阿秒脉冲激光，不只可以观察原子和电子的运动，而且可以观察生物体内分子的运动。现在的阿秒激光能够应用的领域更多，观察的细微物质运动更清晰，甚至也能改变微观的物质结构。这也为我们研究创造和利用新材料打下了基础。
在生命和医学领域，阿秒脉冲激光能帮助人们观察到微生物极微小的蛋白分子侵入人体细胞并发生秒变的过程，包括如艾滋病病毒和新冠病毒等，以其表面的分子入侵细胞的过程，从而帮助人们弄清楚疾病产生的微观起因及其形成和发展过程。这无疑是人类健康事业的福音。
撰稿 / 张田勘（科普专栏作家）
编辑 / 刘天红
