激光的前景

我的另一个幸运之处是，在我进入研究领域的时候，激光恰好刚出现不久。这个1960年诞生于实验室里的非凡光源，即将为基础科学和应用科学打开巨大的前景。今天的我们都知道，激光在日常生活中的应用数不胜数，从播放CD和DVD光盘到光纤通信和互联网，从材料的超精密切割到眼科手术，从读取商店收银台上的条形码到每个建筑工地上都在使用的测距仪。而普通公众对过去半个世纪以来激光在物理学、化学、生物学和天文学的基础研究中所发挥的基本作用的了解却并不太多。

我在巴黎高师求学的那几年，第一批激光器开始出现在实验室里。我还记得自己第一次看到这些细长的蓝色、红色或绿色的强烈光束时，因为发现它们能传播很远的距离而不发散而感到的惊讶。当它们撞击在白墙或一张白纸上时，会形成一个闪烁的光斑，上面有奇怪的条纹，这是传统灯具的光线永远不会产生的现象。

这些斑纹被称为 散斑 ，是由激光束照射到不规则的表面后，被散射光的强弱起伏。它们的产生，是由于激光的频率和相位的稳定性较高，因此当在微观层面上被“粗糙”的物体散射时，会产生干涉现象。激光的这种稳定性导致了1970年代光谱学的巨大进步。当时，激光只以固定的频率发射，如果想要在原子物理实验中使用它，必须利用其与原子或分子跃迁的罕见重合。因此，我在硕士论文中所做的那些实验，都不能利用这种新的光源，而只能继续使用布罗塞尔所制造的、经典光谱灯发出的强度相对不那么高的光。不过，我和克洛德一直梦想着，如果我们拥有可调谐的激光器，其颜色可以通过转动旋钮来改变，以扫描被光抽运的原子的光谱线，那么我们就可以做很多新的实验了。

1968年，美国著名的贝尔实验室的物理学家阿瑟·阿什金（Arthur Ashkin）一篇富有远见卓识的论文引起了我们的注意。他提出利用激光的辐射压力来控制原子在空间的运动。实际上，他提议对原子动量做的操控等同于光抽运对原子角动量所做的操控。难道，我们不仅可以利用光来操控原子的旋转轴，还可以用它来操控原子的速度吗？

这个想法似乎很疯狂，因为当时的激光还远远不具备这种实验所需的品质。然而，20年之后，它成为了现实，激光的进步使得我们能够阻止原子的前行，能够几乎完全抵消它们的热运动，甚至能将它们困在由激光束所制成的光盒之中。这些 激光致冷和陷俘 实验使原子物理学发生了革命性的变化，并使克洛德和两位美国物理学家——朱棣文（Steven Chu）和威廉·菲利普斯（William Phillips）——共同获得了1997年的诺贝尔奖。而阿瑟·阿什金则还要等到50年之后的2018年，在我写作这本书的时候，因为他的先见之明而获得诺贝尔奖的肯定。他现在97岁。 然而，从“发现”到“被认可”之间的这段有些过于漫长的延迟，告诉了我们一些关于研究的事情，比如从基本想法的出现到应用的实现可能需要很长的时间，也告诉了我们一个事实，那就是现在世界上有那么多的研究人员在很多领域都做了重要的工作，所以有时候将诺贝尔奖授予一个伟大的发现可能需要很长的时间。

1968年的时候，即使在我们最疯狂的幻想中，我们也无法想象激光会给基础研究带来什么样的变革。如果没有激光，我就无法进行任何允许我探索量子世界的实验。除了在我自己的研究中使用激光之外，我还有幸见证了它在许多其他领域所带来的非凡成就。即使我们当时远远没有达到能够预见到这些进步的程度，但我们在1960年代就已经有了直觉，这些新的光源将为原子物理学开辟全新的、未被开发的研究领域。

我在巴黎高师的一些同学选择了另一条路。当时，理论物理学和基本粒子物理学都处于一个大发展时期。我在前文中已经说过，在这些年里，理论物理学家和在大型粒子加速器上工作的实验物理学家之间的交流方兴未艾，不断完善着基本相互作用的标准模型。这意味着，除了原子物理学之外，我们还要了解原子核及其组成部分的本质。此时我们刚开始谈论夸克，这是组成质子和中子的基本粒子。显然，夸克也理所当然地成为一个热门的“时尚”领域，吸引了许多聪明的学生。

走上这条路的同学们在看待我选择的路时，颇有些优越感。他们对我说，原子物理学已经是一个有些落后过时的领域了。原子行为所服从的量子力学定律在近半个世纪前就已经被人们所熟知，而我只是在验证那些明显的事实而已。在他们看来，用越来越高的精度记录原子能谱的工作，与其说是真正的物理学家的工作，倒不如说是档案管理员的工作。其实有的时候我也会产生自我怀疑，我扪心自问，我是否是在单纯地满足自己童年时期仅仅为了精确和分类而测量事物的狂热。简而言之，在这些同学看来，我是在浪费时间。如果不是激光的出现开启了这么多新的可能，他们肯定是正确的。由于相信原子物理学的未来，我或许已经在不知不觉中预见到，由于这种具有神奇特性的光源，在当时的研究视野之外，还有更多伟大的东西有待发现。 lZren1jO5w7Va1lyRSVevrJdiqwMcO4NLKkNemW8c9qL84SGY0W0IQcBBRGOq1W0