|
出品：川陀太空 川陀太空关注微信号：trantuo 2018年10月2日，瑞典皇家科学院已决定将 2018年诺贝尔物理学奖授予 阿瑟-阿什金、 杰拉德-莫罗、唐娜-斯特里克兰等三位科学家。肯定了他们在激光物理领域的突破性发明，请注意，瑞典皇家科学院用“发明”来描述三位科学家的成果，因此这次的物理学奖与2017年有很大的不同。 去年三位美国科学家在引力波观测方面有重大发现，这是对自然规律的研究成果。而今年的物理学奖授予的是激光物理领域的发明，这三位科学家在发明光学镊子、高强度超短光脉冲方面有突破性的发明贡献。 其中阿瑟-阿什金的发明与生物分子领域光学镊子的应用有关，而杰拉德-莫罗、唐娜-斯特里克兰则联合推出了产生高强度超短光脉冲的方法。 乍看之下这次诺贝尔物理学奖似乎比较偏冷门，因为激光物理领域本来与生活就不太搭嘎，也不是网红学科，但川陀太空认为，这次物理学奖其实很有看头。 我们先来说说阿瑟-阿什金的光学镊子。这个技术顾名思义，利用光压或者称之为辐射压力产生推动力，光学镊子就是一种基于激光技术捕获和操纵粒子的方法。技术溯源当然就是大名鼎鼎的约翰内斯-开普勒在1619年提出的光可以施加压力的想法。如果你还不理解，那么应该知道彗星的尾巴为什么总是朝向太阳，这就是光压作用的结果。 彗星携带的大量尘埃和气体分子受到太阳辐射光压作用，产生了彗尾，并且永远指向太阳的相反方向。到了1873年，麦克斯韦基于电磁理论表面光是可以产生压力。 到了21世纪初，Gordon F. Hull等人最终验证了光压的存在。当然我们日常是感觉不到光压，谁要是说光粒子打在他身上很疼，那他一定来自未来。 因为光压技术的应用范围极广，上至星际航行，下至细胞中捉鳖，都可以用到。星际航行的光压应用已经开始了，日本研发的世界上第一个光压驱动探测器伊卡洛斯号在2010年前往金星，该飞船的太阳帆厚度为7.5微米，相当于头发丝的十分之一。 理论上伊卡洛斯号的光帆可受到0.2克的光压，相当于一枚日元硬币的五分之一重量。在几乎没有摩擦力的行星际空间中，这点压力还是很可观的。川陀太空调查发现，伊卡洛斯号在一个月里利用光压前进了36公里，如果光帆面积足够大，探测器的质量又只有1克，那么依靠现有的科技理论上可以加速到光速的20%，这就是霍金突破摄星计划的技术基础。 你肯定会说光帆技术距离我们很远，要实现霍金的梦想估计还得上百年时间。但也有近的，2013年8月，美国宇航局开普勒系外行星探测器两个反作用轮故障，导致这具价值6亿美元的空间望远镜在5000万英里外等死。 5000万英里是什么概念，从来没有宇航员能够去那么远修理，所以开普勒望远镜本是该死。结果工程师设计了一个很巧的方法，利用太阳光光压稳定航天器，但开普勒望远镜需要运行到几乎与黄道面平行的轨道上，光压拯救了这个价值6亿美元的空间望远镜。如果我们缺乏对光压的认识，那么只能放弃。 阿瑟-阿什金所研发的光镊也是利用了光压，原理都是一样的，只不过一个是太阳光光压，一个是激光。阿瑟-阿什金的光镊可捕获微米级的尺度物体，例如微米级聚苯乙烯或硅胶珠可以直接用光镊捕获。 阿瑟-阿什金在单光束光镊领域至少研究了30年以上，从1986年第一篇论文开始，但今天我们能够实现为微米细胞的操控，对单分子亚纳米级精度的测量，都是阿瑟-阿什金的功劳。阿瑟-阿什金的光镊工具发明在细胞生物学上得到了很大应用，就像阿瑟-阿什金所说的，我们总有一天可以移动细胞器，使用光镊和光刀可对细胞进行手术。
果不其然，今天我们已经通过光镊切开细胞，分选单挑染色体。比如水稻的染色体长度为2微米，如此小的尺寸你连细胞流式仪都不能分离，得先用脉冲激光刀破损，然后用光镊捕获。抓住一条染色体之后脱离，实现单染色体分离。 这招的核心就是用光镊操控，你没这个工具当然就无法实现分离。我们今天已经能够用光镊和光刀对任何一种细胞的染色体进行分选，或者直接从活体细胞内提取，坦白的说，这算不算细胞界百万军中取上将首级。
杰拉德-莫罗、唐娜-斯特里克兰的高强度超短脉冲激光让一些大型激光器才能完成的任务变得更加平民化。所谓的超短光脉冲是皮秒和飞秒级光脉冲，可以让我们在原子和电子级别上观察到粒子的运动。
因为高强度超短脉冲激光作用下，物质会变成等离子体，辐射出不同波长的激光，开创了研究单个原子运动过程的先例。高强度超短脉冲激光另一个用途就是医学领域，激光视力矫正手术就是利用超短脉冲激光，可精确到对单个细胞进行手术，不会损伤组织。 卖文为生，感谢打赏 |
|
|
来自： 为什么73 > 《曾仕强易经风水等》
