光学的新世纪

2005年诺贝尔物理学奖得主来自光学研究领域的两位美国科学家和一位德国科学家，它们分别是：来自美国哈佛大学的罗伊·格劳伯、科罗拉多大学的约翰·霍尔，以及德国慕尼黑大学的特奥多尔·亨施。

格劳伯在回答记者问及他准备如何花费诺贝尔奖所附有的奖金时说：“还没有人向我提到过会有现金。”霍尔说，他将用所得的诺贝尔奖金设立一份奖学金。资助就读科学和技术课程的学生。格劳伯获得一半诺贝尔物理学奖奖金约130万美元，其他两位科学家分享另一半的奖金。他们三人在青少年时代就表现出了对物理学的浓厚兴趣和非凡天赋。都是当年物理学领域的青年才俊。其中，格劳伯24岁时便获得哈佛大学的博士学位，霍尔27岁时获得卡内基理工学院的博士学位，而亨施则在28岁时获得海德堡大学的博士学位。

1963年，格劳伯在《物理评论通讯》期刊上发表研究论文，创造性地提出了“相干性量子理论”，此后，他又在《物理评论》等杂志上发表了几篇相关论文。这些论文奠定了量子光学学科的理论基础，也为格劳伯赢得了“量子光学之父”的美誉20多年后，霍尔和亨施利用激光的特性，推动了精确测量技术向前发展。1984年，他们的论文发表在《光学通讯》杂志上。之后，他们又改进了光梳技术。

20世纪激光器的出现使人们产生了这样的疑问：激光和普通光有什么不同?格劳伯提出的“光学相干的量子理论”使我们认识了烛光与激光间的本质区别。烛光是由多频率和多相位(高中物理将学到)的光组合而成，是多种光子的集体行为而不是一种光子能量的传播，光量子被掩盖无法产生干涉。而激光几乎是由一种光子产生的光，光量子之间可以进行极强的相互干涉，是相干性极强的光。格劳伯的理论成果可以作为激光技术的理论指导，而霍尔和亨施正是在格劳伯的基础上，继续深入进行了激光的相关研究。

不同颜色的光是以频率来描述的，比如太阳是由七种颜色的光组成的，太阳光的色谱和频谱是对应着的，要进行精确的测量首先要有精确的参照物。在激光中如何寻找颜色极为纯净的参照光是测量技术中首先要解决的20世纪70年代末，亨施首次提出了用频率超级稳定的激光作为尺子测量光频率的光梳(所谓的“光梳”拥有一系列频率均匀分布的频谱，这些频谱仿佛一把梳子上的齿或一把尺子上的刻度。“光梳”可以用来测定未知频谱的具体频率)技术，并发表了研究论文。

后来，霍尔和亨施进行合作，通过运用激光技术将原子冷却后使之速度降低，这样原子跃迁的频率就会降低，这时测量的频率就十分稳定。从而解决了精密光谱学和光梳技术的关键问题，获得了频率超级稳定的参照光。人们据此可以制造极其锋利的激光仪，发展了精密的光梳技术。利用此技术，科学家可以精确测量原子和分子释放或吸收的光的频率，从而鉴别其组成成分，就好像经过了一个极为细密的梳子，梳子一过，极为细密的毛发都呈现出来。光梳技术也可帮助科学家们制造更为精确的时钟，可将时间的测量精度提高到小数点后15位，即千万年只差1s。比目前广泛运用的时间测量技术铯原子钟精确上千倍。利用它还可以改进现有的全球定位系统，发现最为微小的差别，实现精确定位等等。

麦克斯韦的电磁理论，爱因斯坦的光子理论和这三位科学家的理论是现代的光纤通信、无线通信技术的基础。格劳伯、霍尔和亨施三人的研究将为人类在地球乃至更遥远的地方的交流联系提供更多的可能，例如可以让携带无线电、手机数据传输的频率更加精确等等。

三人用一生来浇灌事业之花，他们始终坚持投身于基础物理学研究，在物理光学领域取得的基础研究突破，不仅为他们赢取了诺贝尔物理学奖，更为很多高新技术的发展奠定了理论基础。今天，为人类带来巨大恩惠的全球定位技术、精确时钟系统等都蕴含着他们的努力。

责任编辑　蔡华杰

推荐访问:新世纪 光学