自從宣布我因啁啾脈沖放大（CPA）而獲得諾貝爾物理學(xué)獎以來，它的實際應(yīng)用受就到了眾多關(guān)注。

人們想知道這一發(fā)現(xiàn)對他們會有什么影響是非?？衫斫獾摹５鳛橐幻茖W(xué)家，我希望社會對基礎(chǔ)科學(xué)也能同樣感興趣。畢竟，如果沒有那些因好奇心驅(qū)使的研究，就不可能存在現(xiàn)在的這些應(yīng)用。更多地了解科學(xué)——為科學(xué)而科學(xué)——是值得支持的。

與我共同獲得諾貝爾獎的杰哈·莫羅（Gerard Mourou）和我在20世紀80年代中期發(fā)展了CPA。這一切都始于他想知道我們是否能將激光的強度加強若干個數(shù)量級（或上千倍）。當(dāng)時他是我在羅切斯特大學(xué)的博士生導(dǎo)師。莫羅的建議是對超低能量的超短脈沖光進行拉伸，再放大，然后再壓縮它。作為一名研究生，我必須做的是處理好細節(jié)。

○ CPA可以通過幾個步驟來產(chǎn)生。首先，一束激光脈沖會被拉伸，所以它需要更多的時間。這也降低了它的強度。接下來一步是將脈沖放大，使其強度增加，但不會破壞放大器。最后，脈沖再次被壓縮，增強了它的強度，使它比放大器所能處理的大得多。除了產(chǎn)生更強的激光束外，這種方法還可以使脈沖變得更短。

我們當(dāng)時的目標(biāo)是為了徹底革新高強度激光物理領(lǐng)域，這是一個基礎(chǔ)的科學(xué)領(lǐng)域。我們想要通過激光來理解高強度光會如何改變物質(zhì)，以及在這種相互作用中物質(zhì)會如何影響光。

我用了一年的時間來建造激光器。我們證明了激光的強度確實可以提高若干個數(shù)量級。事實上，CPA制造出了有史以來最強的激光脈沖。我們的發(fā)現(xiàn)改變了世界對于原子與強光如何相互作用的理解。

大約過了十年之后，現(xiàn)在常見的實際用途才終于得以出現(xiàn)。

由于高強度的脈沖很短，所以激光只會對它所作用的區(qū)域造成損害。能得到精確、干凈的切割，對透明材料來說是理想的結(jié)果。在激光眼科手術(shù)中，外科醫(yī)生可以用CPA切割病人的角膜；它也能干凈利落地切割我們手機中的玻璃部件。

利用我們對高強度激光的理解，科學(xué)家正在研究一種用最強的CPA激光來加速質(zhì)子的方法。

希望有一天，這些加速粒子能夠幫助外科醫(yī)生切除他們現(xiàn)在無法切除的腦瘤。未來，CPA激光或許能將太空垃圾推離我們的軌道，進入會讓它們?nèi)紵饋淼牡厍虼髿鈱樱瑥亩苊馀c那些現(xiàn)役的衛(wèi)星相撞。

在許多情況下，實際應(yīng)用往往幾年甚至幾十年地滯后于最初的發(fā)現(xiàn)。

愛因斯坦在1917年就寫下了創(chuàng)造激光的公式；但是直到1960年，西奧多·梅曼才發(fā)明了第一臺激光器。1938年，伊西多·拉比首次測量了核磁共振；1944年，他才因為自己的研究而獲得諾貝爾物理學(xué)獎；這項研究導(dǎo)致了核磁共振成像（MRI）的發(fā)明，而直到1977年，才第一次出現(xiàn)了對人類患者進行的核磁共振檢查。

實際應(yīng)用當(dāng)然值得我們的關(guān)注。但在你了解它們之前，首先需要的是研究人員理解的那些背后的基本問題。

基礎(chǔ)科學(xué)這個詞可能會給一些人帶來錯誤的印象，讓人們認為它并不會真正影響他們的生活，因為它似乎與任何跟生活相關(guān)的東西都相去甚遠。更重要的是，“基本”一詞在非科學(xué)的定義中有“簡單”的意思，這削弱了它在基礎(chǔ)科學(xué)中的重要性。

我們必須給予科學(xué)家資金和時間，讓他們?nèi)氖禄诤闷嫘亩l(fā)展起來的長期基礎(chǔ)科學(xué)研究。那些對工業(yè)或經(jīng)濟沒有直接影響的工作是有其價值的。沒人能預(yù)計，支持一個充滿好奇心的人去發(fā)現(xiàn)新的事物，可以帶來怎樣的驚喜。

原文標(biāo)題為“Reflections from a Nobel winner: Scientists need time to make discoveries”，首發(fā)于2019年1月13日的The Conversation。

原文鏈接：https://theconversation.com/reflections-from-a-nobel-winner-scientists-need-time-to-make-discoveries-109554。中文內(nèi)容僅供參考，一切內(nèi)容以英文原版為準(zhǔn)。

文章來源：原理

IEEE Spectrum

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