歡迎來到光時代

王夏斐

如果把20世紀稱為“電子（技術）時代”的話，那么21世紀就應該叫做“光（子學）時代”。讓我們跟隨科學家去見識兩項非常有意思的最新光學技術吧——

怎樣才能算是“最短暫的閃光”？照相機閃光燈發(fā)出的閃光，持續(xù)時間是微秒量級（1微秒等于1/100萬秒），而“飛秒激光”所持續(xù)的時間大約只有照相機閃光燈閃光時間的十億分之一?，F(xiàn)在，科學家們利用“飛秒激光器”可以輕而易舉地制造如此短暫的閃光。

“飛秒（1飛秒等于1000萬億分之1秒）激光”是近年來十分引人注目的光技術，如此短暫的激光可能讓你難以想象。打個比方，光的速度號稱“宇宙無敵”，但在1飛秒的時間里，光行進的距離才不過0.3微米（1萬分之3毫米）。利用如此短暫的閃光，我們可以觀察到物質內部原子層面的活動，甚至可以跟蹤到化學反應進行的全過程。因此，飛秒激光常被用來揭示一個化學反應過程是如何具體進行的（如左圖）。

飛秒激光有著廣泛的用途，用它作光源，我們可以拍攝非常精細的活組織和活細胞的三維圖像。這種三維攝影在醫(yī)學上的用處很大，叫做“光干涉斷層儀”，將來很有希望用來檢查是否有癌變。飛秒激光意味著光被壓縮和集中在一個極短的時間，因此具有極大的能量：用它來進行外科手術，既可以完成切割又不會殺傷周圍活細胞；用它來傳送信息，可以極大提高光通訊的傳輸速度；人們甚至考慮在新型的“核能源”中，利用它來實現(xiàn)對核燃料的“點火”……更讓人振奮的是，科學家們正在向著比飛秒更短的“阿秒（1阿秒等于1/1000飛秒）激光”邁進。如果研究成功，很可能用來觀察生物分子的結構，從而解釋生命的秘密。

最緩慢的光：人人都能跑過它

能夠隨意控制光速的萊娜豪教授正在向大家講解她的工作。

一提到光速，我們大概馬上會想到“極快”“恒定”這兩個詞。然而哈佛大學的萊娜·豪教授卻推翻了這一常識。早在1999年，她就在自己的實驗室里讓光速減慢到了每秒17米，甚至比不上汽車。如今，她已經(jīng)能夠隨心所欲地操縱光速，甚至讓它“消失”直到合適的時間才“出現(xiàn)”。

萊娜·豪教授原本是想用激光照射被冷卻到接近于絕對零度（溫度的下限，等于-273.15℃）的鈉原子云，看看里面究竟發(fā)生了什么事情。但在研究過程中，她發(fā)現(xiàn)光的照射讓原子云獲得了一種十分奇特的性質——接近于愛因斯坦預言的“彎曲時空”——如果在其他方向再用另一種波長的激光照射原子云，其光速將變得十分緩慢。于是她開始了“改造光速”的實驗，先是將光速減到了飛機的速度，接著把它減到了自行車的速度……現(xiàn)在她已經(jīng)能讓光“停留”在原子云里，隔一段時間再將它恢復。這就是說，科學家們不僅能夠將光速大幅度降低，還能將光所攜帶的信息轉換為物質。這可是在創(chuàng)造一個“超越時空”的全新科學世界呀。也許將來我們能在瞬間完成現(xiàn)在計算機需要若干萬年才能解決的計算。