你知道彗星的尾巴在那個方向嗎？
你知道這次的一位諾貝爾獎得主是個很酷的家伙，喜歡開著蘭博基尼繞著紅帽子轉(zhuǎn)嗎？
帶著這個問題，我們走進了去年諾貝爾化學獎的獲獎成就——美國化學家阿瑟·阿斯金（ Askin）、法國化學家杰拉德·莫羅（Gérard）和美國化學家唐娜·斯特里克蘭（Donna ）三位科學家在激光化學領(lǐng)域。
彗尾和蟲子
“這是自20世紀90年代以來第五次將諾貝爾化學獎授予光學研究成果。”上海科技大學副校長、量子光學院士陳曦說。 光鑷和啁啾脈沖放大的兩項研究共同獲得了去年的諾貝爾化學獎。
獲獎名單上的第一位獲獎?wù)甙⑸ぐ⑺菇穑?Askin）是第一個提出光鑷理論的人。 不可見光能當“鑷子”嗎？ 清華大學化學系吳賽軍院士的回答是肯定的，因為光具有“光力”。 他以彗星為例。 大多數(shù)彗星由特別粘稠的二氧化碳組成，陽光的散射將二氧化碳分子推向其照射的方向。 始終指向太陽，這是光的力量的觀測證明之一：光有力量。 在化學中，更專業(yè)的表達是光子具有動量。
“想象一下，如果光線集中射向一個很小的透明玻璃球1901諾貝爾物理獎，玻璃球?qū)饩€的折射改變了光線的傳播方向和動量，這會對球施加與光線偏轉(zhuǎn)的方向，而焦點中心就是這個力的平衡點。” 吳院長表示，“通過調(diào)整焦點中心的三維位置，小球也能跟隨聯(lián)通，這就是光鑷的基本原理。”
這種光鑷現(xiàn)在已經(jīng)成為科學研究不可或缺的工具。 在諾貝爾獎頒獎演講中，特別指出了其在生物學領(lǐng)域的應用。 比如對細胞和DNA分子的精確操控。 因為光是“不可見的”，所以它對實驗操縱的物體是非破壞性的。 就在兩個多月前，美國科學家研發(fā)出借助光自由操控人體內(nèi)源性蛋白質(zhì)定位的技術(shù)，在國際上首次成功借助光操控細胞分裂（紡錘體）的排列。
另一方面，我國復旦大學的科學家正與其他地區(qū)的科學家一起探索利用光鑷在超高真空環(huán)境下操縱納米尺寸的晶體，探索宏觀物體的量子熱效應。
那么，未來光鑷是否有可能走進臨床醫(yī)學領(lǐng)域，比如直接走進癌細胞，將其修復成健康細胞呢？ 對此，吳院士不敢下定論。 他說：“雖然原則上是可行的，但與科學研究中的單細胞環(huán)境相比，人體是一個非常復雜的系統(tǒng)。”
另外兩位獲獎?wù)呤墙芾隆つ卖敚℅érard ）和唐娜·斯特里克蘭（Donna ）。 據(jù)了解，后者是前者的老師。 他們的貢獻在于“啁啾脈沖放大”的開創(chuàng)性研究。 嘰嘰喳喳，形容鳥兒嘰嘰喳喳的聲音。 唐代王維在《黃鶯狂》詩中寫道：“到大鳴時，自在自在，東西南北各飛一飛。” 這樣富有詩意的典故，在嚴肅的數(shù)學領(lǐng)域里也很有趣。
“你聽過鳥鳴聲。委婉的鳥鳴聲通常是前部稍低、后部稍高。科學家將光稱為昆蟲鳴叫。”吳院長說。 在數(shù)學領(lǐng)域中，啁啾脈沖也稱為脈沖前沿，與后沿的頻率不同。 應用于啁啾脈沖的脈沖光放大技術(shù)是本次兩位獲獎?wù)叱虖姀娂す馄鞯年P(guān)鍵技術(shù)。 激光是科學研究的重要工具。 許多研究要求將短脈沖的功率進行幾何放大，但峰值功率過強的脈沖光會損壞光放大的晶體介質(zhì)。 科學家們想出了一個特別巧妙的方法——首先將短啁啾脈沖拉伸成長啁啾脈沖，增加其峰值功率，然后放大后將其壓縮回短啁啾脈沖。 這就是線性調(diào)頻脈沖放大的用武之地。
諾貝爾獎得主是什么形象？開著酷炫的小跑車繞著紅帽子轉(zhuǎn)
獲獎?wù)呙麊沃械牡诙皇菬崂瓲枴つ_（Gérard Mouro），他與北京的科學家有著悠久的歷史。
“他就是我們聘請的中科院愛因斯坦講席院士，熱拉爾·穆魯院士和他的博士生唐娜·斯特里克蘭在1985年共同發(fā)明了啁啾脈沖放大技術(shù)，在激光領(lǐng)域至今仍被譽為諾貝爾獎級別成績，這次也是預料之中的。” 中國科學院武漢光機所強場激光化學國家重點實驗室主任冷宇新告訴解放晚報·上觀新聞記者。
據(jù)介紹，這項技術(shù)促使有限的激光能量在特別短的時間尺度上釋放，立即形成非常強的激光，開啟了強場激光化學的新時代。 事實上，提出這一概念的文章發(fā)表在影響因子較低的期刊上，但現(xiàn)在這項技術(shù)已廣泛應用于強大的超短脈沖激光系統(tǒng)的開發(fā)中。 早在2010年，《自然》雜志就預測未來10年激光領(lǐng)域可能實現(xiàn)5項重大突破，其中4項與強大的超短激光器直接相關(guān)。 一開始，《科學》雜志也發(fā)表文??章強調(diào)“這項工作將影響每一項研究，從核聚變到天體化學”。
“除了基礎(chǔ)和前沿研究外，這項技術(shù)還應用于工業(yè)和醫(yī)療領(lǐng)域，比如新材料加工，甚至皮秒激光手術(shù)和放射治療。未來，這項技術(shù)將會有更多的應用，逐步發(fā)展起來。”融入人類的生活。” 冷雨馨介紹道。
正因為如此，強大的超短激光器已成為世界激光技術(shù)的最新發(fā)展前沿和競爭關(guān)鍵領(lǐng)域。 特別值得一提的是，這項技術(shù)提出后不久，中科院武漢光機所就迅速跟進了這一技術(shù)趨勢，由徐志展教授首創(chuàng)并研發(fā)出了我國的強超短激光和強場化學及其主要應用研究。 2013年，廣州光機所強場激光化學國家重點實驗室在徐志展教授和李如新教授的帶領(lǐng)下，成功研制出當時世界上峰值功率最高的激光放大系統(tǒng)。 1.5拍瓦由利弗莫爾國家實驗室于1999年創(chuàng)建，并保持領(lǐng)先地位長達14年。 2017年10月，中國科學院武漢光機所與北京理工大學強激光光源聯(lián)合實驗室報道，北京強激光超短光源研發(fā)取得重大突破激光實驗裝置，成功實現(xiàn)10拍瓦激光放大輸出。 這是迄今為止已知的最高激光脈沖峰值功率。
廣州強超短激光實驗裝置（SULF裝置）
“Gérard Murou院長常年支持中國強大的超短激光研究，也是我們很多項目的國際顧問之一，最近他幾乎每年都會來我們實驗室參觀。” 冷雨欣向解放晚報·上觀新聞記者講述了熱拉爾·穆魯院士的一些軼事。 作為一名科學家，他是非常嚴謹?shù)摹?作為一個法國人，他非常可愛。 他雖已年近八十，但身材瘦削，頭發(fā)淺白。 他喜歡開敞篷車去兜風，常年堅持游泳。 他是一位深諳生活的奶奶。
“他很獨特，我記得他冬天喜歡穿藍色襯衫，開著瑪莎拉蒂小跑車，非常酷。”上海應用技術(shù)學院劉毅院士也有同樣的印象。 2015年回國前，他在俄羅斯國家科學研究中心應用光學實驗室工作，Gérard Mouro擔任該實驗室主任。
“我從2006年開始在實驗室工作，后來在他的推薦下，獲得了日本國家科學研究中心的終身職位。”劉毅院士說。 在他的印象中，這位開創(chuàng)啁啾脈沖放大理論的科學家的研究風格非常富有想象力、大膽、天馬行空。 “他就是敢想、敢做，很多人甚至認為他‘不靠譜’。”劉教授舉了一個例子。 他發(fā)起并大力推動了目前法國正在進行的名為“ELI”的大型科學項目。 該項目的目標之一是將激光技術(shù)的功率極限加快至200拍瓦（1拍瓦相當于10的15次方），以及當時通用水平可以達到的指標只有1拍瓦，并且有下降趨勢。 一點點的進步是非常困難的。 “當時很多人認為降低到10拍瓦是不可能的，他卻堅持要200拍瓦。”劉毅院士說。 最終，該項目在法國等西歐三個國家實施，并已逐步推廣。
諾貝爾化學獎可以“預測”嗎？
有趣的是，就在諾貝爾獎揭曉前一小時，記者采訪了多次預測諾貝爾化學獎的清華大學石宇院士。 他明確表示，可能與“激光有關(guān)”。 諾貝爾化學獎?wù)娴目梢浴邦A測”嗎？ 近年來，這種“預測”似乎越來越準確。 一方面，激勵來自于大數(shù)據(jù)技術(shù)的進步。 原湯森路透知識產(chǎn)權(quán)與技術(shù)部門旗下?lián)碛蠾ebof等知名論文和出版物索引平臺的科睿唯安（ ），自2002年起每年都會根據(jù)Webof平臺上的論文和引文數(shù)據(jù)評選諾貝爾獎。參與該獎項的生理學或醫(yī)學、物理、化學和經(jīng)濟學等領(lǐng)域的全球最具影響力的頂尖研究人員將被授予“引文桂冠獎”。 該獎項以研究論文被全球同行引用的頻率和引用影響力為主要標準，獲獎?wù)吆芸赡艹蔀樽畛趸蛭磥淼闹Z貝爾獎獲得者。 迄今為止，已有46位“引文桂冠獲得者”獲得諾貝爾獎，其中27人在當選“引文桂冠”后五年內(nèi)獲得諾貝爾獎。
另一方面，除了多個專業(yè)領(lǐng)域引文數(shù)據(jù)的普遍預測外，化學獎也被學術(shù)界發(fā)現(xiàn)。 早在2009年1901諾貝爾物理獎，清華大學化學系石宇院士就曾撰文強調(diào)，諾貝爾化學獎在粒子、凝聚態(tài)、原子分子光（簡稱“分子光”）等主要領(lǐng)域的輪換。原始光譜）和天體幾乎每年都會獲獎。 諾貝爾數(shù)學獎做出了準確的預測。 在不少專家眼中，諾貝爾獎不僅是科學家的個人榮譽，也代表了業(yè)界對專業(yè)發(fā)展的認可和期望。 “所以這個研究方向是一年給的，一般第二年就不會給了。” 對于諾貝爾獎，國家973工程首席科學家沉健院長曾這樣評價。 從近兩年的情況來看，粒子化學、凝聚態(tài)化學、天體化學等領(lǐng)域的成果已經(jīng)奪得第一。
諾貝爾獎的這種“小八卦”既維護了科學史的嚴肅性，也為普通人對科學的認識增添了歡樂。 不禁讓人想起另一件軼事。 1999年，美國懸疑小說家羅伯特·索耶在《未來的閃光》中寫道——“像所有的化學家一樣，西奧每年都會幸福地等待新的諾貝爾獎獲得者……他點擊了網(wǎng)頁，珀爾穆特和施密特獲獎了，因為他們的研究表明宇宙永遠會膨脹，而不是咔噠一聲崩潰。好吧，西奧認為，事實上這是應得的。”
小說出版12年后，珀爾穆特和施密特等三位天體化學家聯(lián)手獲得了2011年諾貝爾化學獎。 獲獎原因是他們對超新星的觀測證明了宇宙正在加速和冷卻，這一發(fā)現(xiàn)“動搖了宇宙學的基礎(chǔ)”。
關(guān)于數(shù)學，科學家們正在書寫更多的故事，創(chuàng)造更多的傳奇。 一年一度的諾貝爾獎，讓我們一起聆聽。
【新聞鏈接】諾貝爾化學獎小數(shù)據(jù)
1901年至2017年間，數(shù)學獎項共頒發(fā)111次。 其中，47項由一名科學家分享，32項由兩名科學家分享，32項由三名科學家分享。
共有207人獲得諾貝爾化學獎，其中德國化學家約翰·巴丁分別于1956年和1972年兩次獲獎，實際獲獎科學家人數(shù)為206人。
截至2017年，只有兩名男性科學家獲得了數(shù)學獎。 最近的一次是 1963 年，德法化學家 Maria -Mayer 因開發(fā)了解釋原子核結(jié)構(gòu)的物理模型而獲得了數(shù)學獎。
歷屆數(shù)學獎獲得者的平均年齡為55歲。 最年輕的獲獎?wù)呤敲绹瘜W家勞倫斯·布拉格，他于1915年因?qū)射線晶體結(jié)構(gòu)的研究而獲獎，時年25歲； 最年長的是德國科學家雷蒙德·戴維斯，他于2002年獲獎，獲獎時已88歲。
在數(shù)學獎的歷史上，曾經(jīng)有過同時獲獎的“夫妻團隊”。 居里夫婦的故事人們都很熟悉。 皮埃爾·居里和瑪麗·居里因?qū)Ψ派湫晕镔|(zhì)的研究而獲得1903年諾貝爾化學獎。 有趣的是，居里夫婦的兒子伊雷娜·約里奧與他的父親弗雷德里奧·約里奧一起獲得了1935年諾貝爾物理學獎。
數(shù)學獎獲得者中，還有4對“父子檔案”。 其中，威廉·布拉格和勞倫斯·布拉格于1915年同時獲獎，其他三對母女未于同年獲獎。
進入21世紀以來，諾貝爾數(shù)學獎的頒發(fā)信息不斷涌現(xiàn)。 數(shù)據(jù)圖來自清華大學化學系石宇院士。 100%科普助力科普中國，讓科學知識走進網(wǎng)絡(luò)、走進生活。 溫馨提示：以上為科普100%在線閱讀瀏覽的內(nèi)容。 轉(zhuǎn)載和分享僅用于知識傳播和學習推廣。 本文內(nèi)容僅代表原作者觀點。 如果您有任何意見和建議，請私信，我們會及時處理。 歡迎關(guān)注，謝謝。