和光打交道的人:2005諾貝爾物理獎獲得者特奧多爾?亨施 (2005-10-10)
發(fā)布時間:2007-12-04
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來源:科技日報(bào)
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在自然界,光是一種十分有用的東西,它能讓萬物見到光明,賦予各種物體以色彩。如果沒有光,一切都將沉浸于黑暗之中。光讓愛因斯坦發(fā)現(xiàn)了相對論,也讓20世紀(jì)的物理學(xué)家創(chuàng)建了量子論。
幾乎沒有一種自然現(xiàn)象像光一樣與人們那么貼近,也沒有一種現(xiàn)象像光一樣被科學(xué)家描述得那么精確。每一個學(xué)物理的大學(xué)生即使在睡夢中也能回答得出:光速等于光波長乘以光的頻率。激光器、原子鐘或GPS導(dǎo)航等的成功均基于科學(xué)家對光的精確研究。
10月4日,一年一度的諾貝爾獎又在瑞典揭曉了。瑞典皇家科學(xué)院宣布,把2005年諾貝爾物理學(xué)獎授予兩名美國科學(xué)家和一名德國科學(xué)家,以表彰他們把現(xiàn)代量子物理學(xué)應(yīng)用于光學(xué)研究,推動了激光、全球定位系統(tǒng)(GPS)和其他光學(xué)儀器技術(shù)的進(jìn)步。
德國伽欽馬普研究協(xié)會量子光學(xué)研究所的特奧多爾.亨施(Theodor WHaensch)和他的美國同事羅伊.格勞伯(Roy Glauber)和約翰.霍爾(John Hall)獲得了本屆諾貝爾物理獎。當(dāng)亨施知道自己獲獎的消息后高興地說:“妙極了!感覺太好了!”
今年63歲的亨施,很早就開始癡迷于光研究,而且從沒有放棄過。40年前,他就開始在海德堡的盧佩萊希特卡爾大學(xué)攻讀光學(xué)專業(yè)。如今,亨施已是世界激光光譜學(xué)權(quán)威,也是該領(lǐng)域的創(chuàng)始人,氫原子是他的最愛。長期以來,他和他的同事們利用不斷完善的、看起來似乎很簡單的物理系統(tǒng)即一個電子和一個中子組成的系統(tǒng),對光的特性進(jìn)行測量,精度達(dá)到了令人難以置信的程度,連某些理論家也不得不為之驚嘆。
正是由于亨施發(fā)明了頻率室(Frequen鄄zkammer),首次測量出了激光頻率,科學(xué)界一直在等待這項(xiàng)創(chuàng)新,一等就是40年。頻率室的問世打通了建造光原子鐘之路,這種原子鐘要比現(xiàn)有的銫原子鐘精確上千倍,也是先進(jìn)通訊技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù)不可或缺的計(jì)時裝置。
亨施的這一想法還是在美國斯坦福大學(xué)提出的。從1970年起,他一直在該大學(xué)從事研究與學(xué)習(xí)。1986年,他返回德國伽欽,被任命為馬普量子光學(xué)研究所所長。
他回國的理由有個人方面的,有經(jīng)濟(jì)方面的,也有實(shí)驗(yàn)手段方面的?;氐降聡鴷r他已經(jīng)45歲了,但他從沒有為自己的決定而后悔。他認(rèn)為,馬普協(xié)會的研究條件是十分優(yōu)越的,有優(yōu)秀的助手,能為他們提供好的出路,這在美國是沒有的。在那里,科學(xué)家要為獲得的短期經(jīng)費(fèi)而拼命。為此,亨施在頒獎儀式上對媒體說,在德國科學(xué)家也能很好地從事科學(xué)研究。這句話不僅讓政治家感到欣慰,也讓曾經(jīng)受到傷害的德國得到安慰,終于有一個從美國學(xué)成后又回到德國的科學(xué)家拿到了諾貝爾獎。最近4年來,雖說有些德國籍科學(xué)家獲諾貝爾獎,但他們中大多數(shù)人還留在美國。
對外行人來說,伽欽的馬普量子光學(xué)研究所是一個陌生的世界,人們在這里研究的是反物質(zhì)、離子陷阱和冷原子。這里擁有上百臺激光器,189名工作人員分為9個研究室。在世界上,馬普研究所也屬世界頂級的,每一個要想在量子光學(xué)研究有所建樹的科學(xué)家都必須在伽欽工作過。2001年度諾貝爾物理獎得主奧爾夫?qū)颂乩站驮?986年在這里工作過。
從物理角度觀察,陽光和燈光是沒有規(guī)則的。人們在收音機(jī)里聽到的電磁振蕩聲是一堆響亮的噪聲,由亮和暗聲組成。當(dāng)人們用棱鏡將其分解成光譜時,亮聲呈現(xiàn)出綠色和藍(lán)色,暗聲則是紅色和黃色。但激光不一樣,它只有一種特定的聲音,即一種顏色,無法將其分解成光譜。亨施所使用的鈦?藍(lán)寶石激光器發(fā)射的暗紅色光,用了許多細(xì)微管組成的光纖傳導(dǎo),纖維的末端發(fā)射出的是白色的光,類似太陽光,具有各種顏色。1997年3月30日,亨施對他的想法進(jìn)行了試驗(yàn),并讓他的同事作了文字證明。
事實(shí)上,亨施的試驗(yàn)早已與諾貝爾獎結(jié)緣,他已經(jīng)拿過許多大獎。1988年,他獲得過德國研究協(xié)會(DFG)的萊布尼茨研究獎;1995年,他獲得愛因斯坦激光物理獎;1998年,他獲得菲利浦莫里茨研究獎;2005年,他又獲得奧圖哈恩獎。當(dāng)然,這里只是列舉了幾個有代表性的大獎,要是加上其他各種大小獎?wù)婵芍^舉不勝舉。1997年,亨施與諾貝爾獎失之交臂,當(dāng)時表彰的科學(xué)家里沒有亨施的名字。但是,他已經(jīng)是世界上能力最強(qiáng)的物理學(xué)家,甚至高于那些獲獎的科學(xué)家。
亨施知道,實(shí)驗(yàn)室的研究成果必須要付諸實(shí)現(xiàn)才具有應(yīng)有價(jià)值。于是,他最近成立了一家“頻率室?發(fā)生器”公司,專門經(jīng)營激光儀器。他的這種頻率室大小如一只鞋盒,對研究人員來說,它是一種超精密計(jì)時器。普通鐘表采用鐘擺,而光原子鐘采用銫原子,每秒振蕩9192631770次。20年前,亨施與他的同事測量頻率時,8位科學(xué)家需同時操縱20臺激光器,如今只需這么一臺小小儀器。不久前,他以27萬歐元的價(jià)格將一臺手工制作的頻率室賣給一家小公司。此外,奧地利聯(lián)邦調(diào)節(jié)和測試機(jī)構(gòu)也是他的用戶。