在因眾多革新而熠熠生輝的1917年,阿爾伯特·愛因斯坦的一個天才想法使他成為20世紀最偉大的科學家,也是有史以來最偉大的兩位科學家之一。
他看見一個蘋果落下,想起了另一位最偉大的科學家——艾薩克·牛頓——曾讓同樣的事件「結出碩果」,即發現了萬有引力的存在。也就是說,牛頓明白了是地球通過讓蘋果落下,將這個蘋果拉向自己,同時也將月球拉向自己,令其在軌道上運行。
顯然,愛因斯坦得出同樣的結論是毫無意義的,因為牛頓已經捷足先登了。不過他卻有了另一個同樣驚人的發現,證明蘋果實在是歷史的一位出色主角。對此,夏娃、帕裡斯、白雪公主和威廉·退爾,還有艾倫·圖靈、甲殼蟲樂隊、史蒂夫·沃茲尼克和賈伯斯的故事的講述者早已知曉。
愛因斯坦的故事則是這樣的:如果將一個蘋果向上拋出,它會上升到一定高度又重新落回地面,就像一部廂式電梯。不過,假如在這一軌跡的最高點,蘋果碰到了樹枝,碰落了另一個蘋果,則兩個蘋果會以相同的速度平行下落。當然,接觸必須發生在蘋果的上升速度剛好為零時,否則碰撞的力量會更大,那麼兩個蘋果碰撞後的運動軌跡就如同兩隻撞球了。
愛因斯坦知道,當一個光子從一個受激電子附近通過時,會發生相同的情況,受激電子會走向一條能量較低的軌道,並產生一個與該光子平行運行的相同光子,這種現象被稱為光子的「受激發射」。這一觀點一直只是一種猜測,直到1951年,一位名叫查爾斯·湯斯的年輕人發現,在絕對條件下,愛因斯坦所猜測的現象可能會連續發生。
也就是說,一個光子激發釋放出另一個光子,然後它們又會去激發另外兩個光子,以此類推,產生了「受激輻射的光放大」,英文縮寫為「aser」。若被放大的是微波,那麼獲得的就是「maser」(微波激射器),湯斯於1954年生產了它;10年後,因為這一發現,他與在俄羅斯做同樣研究的尼古拉·巴索夫和亞歷山大·普羅霍洛夫一起贏得了諾貝爾物理學獎。
而若被放大的是光線,則會得到雷射,即一束連續的光線,它與普通光線的區別好比行進中的有序軍隊與混亂的人群之差別。第一個製造出雷射的還是湯斯,他與自己的學生,也是後來的連襟阿瑟·肖洛一起於1958年取得了成功。這一次,因為湯斯早已諾獎加身,1981年的諾貝爾物理學獎便頒給了肖洛與尼古拉斯·布隆伯根,以表彰他們將雷射應用到光譜學中的成就。
我有幸在幾年前林道召開的一次諾貝爾獎會議中遇見了湯斯。他向我講述了他大學裡的兩位同事(伊西多·拉比和波利卡普·庫施,均為諾獎得主)曾經如何試圖說服他放棄自己的研究,因為在兩人看來,這項研究不可能成功。他們認為湯斯只是在浪費系裡的經費,而他們才能更好地利用這些錢!
但數月後,當湯斯正在授課時,他的助手氣喘籲籲地衝進教室,大喊:「成功了,成功了!」那堂課中斷了,好讓教授和學生去參加第一道激微波的首映禮。很快微波激射器就在市場上大獲成功,因為它比當時已有的擴大器強百倍。此後這一研究領域產生了十幾位諾獎得主和無數的相關應用。
然而在技術層面以外,雷射可能還保留了更多的驚喜,因為受雷射線的釋放與細菌分裂之間存在一種明顯的相似性:例如前者的吸收對應著後者的死亡。誰知道另一個蘋果,或許還是個爛了的,不會成為激勵物理學與生物學之間某個新發現誕生的關鍵呢?