諾貝爾物理學獎2018年得主Arthur Ashkin去世

賈浩楠 發自 凹非寺
量子位 報導 | 公眾號 QbitAI

9月21日，2018年諾貝爾物理學獎得主，Arthur Ashkin在美國新澤西的家中去世，終年98歲。

昨天，他的親屬向外界確認了這個消息。

△圖源：諾貝爾獎官網

Arthur Ashkin最重要的研究成果，就是發明了從物理學到生物醫學等各個領域都廣泛使用的工具「雷射鑷子」。

他的故事十分傳奇，參與過美國核武器研究、諾獎靈感來自無意聽到的對話，後來卻被同組華人科學家「搶」走了諾獎……

這位為廣大科研人員提供「生產工具」的Arthur Ashkin，有著怎樣的人生經歷？

放棄核武器，轉投雷射研究

1922年9月2日，Arthur Ashkin出生於紐約布魯克林區。

Ashkin家是來自烏克蘭的猶太裔移民。

二戰期間，阿什金在哥倫比亞大學實驗室工作，為當時美軍用的軍用雷達開發了一種磁控管。

1947年，他從哥倫比亞大學畢業，獲得物理學學位。

Arthur Ashkin的哥哥，Julius Ashkin，也是一位核物理學家，當時服務於美國的核武器研究——曼哈頓計劃。在兄長的引薦下，Arthur Ashkin也加入了曼哈頓計劃。

當年參與美國核武器研發的不少科學家，都為開發毀滅性武器而自責，其中最著名的是曼哈頓計劃的總負責人奧本海默。

在美國對日本使用核武器之後，他在國會發言：「我的雙手沾滿鮮血……」

而Arthur Ashkin也在1952年完全退出了曼哈頓計劃，但他的理由，並不是人道主義。

因為他的哥哥太過優秀，Arthur總覺得自己活在兄長的光環下——「我被稱為阿什金的弟弟阿什金」。

於是，小阿什金決定轉換領域。

1952年獲得康奈爾大學的博士學位後，Arthur Ashkin加入貝爾實驗室，研究微波。大約十年後，他開始專注於雷射和非線性光學，並且一直在這個領域探索，直至1992年退休。

Arthur Ashkin的主要科研、職業生涯全部在貝爾實驗室度過。

1963-1983年，他擔任貝爾實驗室雷射系領導，他最重要的「雷射鑷子」成果，就是在這期間取得的。

「偷聽」來的諾獎靈感

Arthur Ashkin獲得諾獎的研究成果，是發現了雷射對微觀物體的捕捉現象。

並在此基礎上發明了「雷射鑷子」，準確的說，是「光阱」。

雷射鑷子可以捕捉、移動小至原子，大至細菌微生物的物體，如今廣泛運用在物理、生物醫學等等廣大研究領域。

而Arthur Ashkin的靈感來源，卻是一次偶然「偷聽」到的對話。

1966年，他作為貝爾實驗室雷射研究部門的負責人，去鳳凰城參加一個科學會議。

在那裡，他偶然聽到兩位研究人員討論雷射的一些奇怪性質：雷射束中的塵埃顆粒會來回亂竄 。

這個時候，雷射還是一個新東西，6年前才剛被發明出來。

這兩位研究人員認為，造成塵埃位移的原因可能是「光壓」（light pressure）。

這裡解釋一下，光壓是指光照射到物體上對物體表面產生的壓力，可以通過光的電磁理論或光的量子理論計算大小。

這番討論引起了Arthur Ashkin的注意，回到實驗室後，他做了一系列實驗和計算，證明光壓並不是引起微粒位移的原因，真正的原因是熱輻射。

他用一個及其微小的透明玻璃球做實驗。雷射的光子通過這個球體，確實能夠把它推來推去。

但出乎意料的是，球體卻被「吸」在了雷射束的中心。

其實這個現象用最簡單的動量守恆就能解釋：當光子穿過球體並被它偏轉時，球體也向相反方向移動。由於光束中心有大量光子，球體因此被驅使著向中心移動。

Ashkin當即意識到，通過兩束相互指向的雷射束，可以捕捉微小的物體，並操控其移動。1970年，他將這一裡程碑式的發現發表在物理學頂級期刊PRL上。

1980年，他又提出了一種利用光學陷阱來測量電子電荷的方法。

之後的1986年、他與貝爾實驗室的同事，主要是美籍華人科學家朱棣文，完成了雷射鑷子的第一次實際應用，實現了對原子的捕獲。

隨後，Arthur Ashkin又將這個新技術用於生物科學領域。他開始嘗試用雷射捕獲活著的微生物，1987年發表了相關結果。

他開創的所謂」細胞內部手術」，可以雷射誘捕器在細胞內抓取並移動細胞核和葉綠體等大型細胞器。為生物醫學研究手段進步作出巨大貢獻。

而Arthur Ashkin後來透露，雷射捕獲微生物，其實也是一個「偶然」的發現。當時在一個實驗運行一夜後，他意外地在光束穿過的器材上發現細菌也被困住了。

儘管「偶然性」在Ashkin的研究中扮演重要角色，但「雷射鑷子」的重要性卻是裡程碑式的，諾貝獎委員會根本無法忽略。

但是，第一個因為雷射捕獲技術獲諾獎的，卻不是Arthur Ashkin本人。

「諾獎將我遺忘了」

1997年，Arthur Ashkin當年在貝爾實驗室的主要合作夥伴，也是首次實現雷射捕獲原子的主要研究者，美籍華人科學家朱棣文博士，獲得當年諾貝爾物理學獎。

朱棣文博士獲獎的理由是：發明了用雷射冷卻和俘獲原子的方法。

結果出來後，Arthur Ashkin在接受紐約時報採訪時十分不高興，認為「自己被諾獎遺忘了」。

但是，2018年終於獲得這個早該得到的物理學獎後，Arthur Ashkin卻表現很平淡，他說：「很早就不糾結獎項和榮譽了，正在寫新論文，不想慶祝舊的東西。」

縱觀雷射輻射壓力之父Arthur Ashkin博士的一生，獲得了許多該領域的「第一」：第一個觀察到原子上的光學梯度力、第一個對原子進行雷射冷卻、第一個觀察原子光學俘獲。

基於這些研究，Ashkin 將這項工作擴展到捕獲和操縱細菌，病毒和細胞等生物材料。Ashkin利用「光鑷」探索細胞內部，操縱其內部結構，並為理解人體正常和患病狀態的新方法奠定基礎。

退休後，Arthur Ashkin的研究興趣轉向了太陽能，實驗室也變成了自家地下室。

他還曾半開玩笑說，自己關於太陽能的研究再獲一次諾貝爾獎也沒問題。

— 完 —

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