阿秒激光有啥用？为啥它值得一个诺贝尔奖
2023 年的诺贝尔物理学奖颁给了 3 位研究阿秒激光的科学家，但周围大多数人看到“阿秒激光”这几个字就跟看到火星文一样，不知道是啥。希望本文能帮助你增加饭后谈资。
诺贝尔物理学奖对激光这个领域一直就很垂青，在今年之前，至少已经有 6 个诺奖都是跟激光的研究和应用有关了，今年又来一个。
如果我们回到 1960 年之前，你去跟世界上任何一个人描述激光，差不多就像跟一个盲人描述颜色一样，很难让他理解激光是什么。但是今天，5 块钱就能买到一支激光笔，幼儿园的小朋友就知道什么是激光。
那你还能想到更多描述激光的形容词吗？
对，你可能想到了亮度。没错，激光笔的发射功率越大就越亮，也越热，现在市面上能买到的有些激光笔甚至能点燃火柴。
还有吗？估计想不出来了吧？
其实，在专业人士这里，描述激光，还有一个非常重要的参数，它叫：脉冲宽度，简称为“脉宽”。
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要理解什么是阿秒激光，关键就是要理解什么是脉宽。
在激光刚被发明出来的时候，激光是一种连续发出的光。什么意思呢？我们不妨把激光笔想象成一把滋水枪，发出的激光想象成水流。一般的滋水枪，扣动扳机时，水流是连续不断地从枪口喷出的，这就是连续激光。
但也有一种滋水枪，扣动扳机的时候，水流是以一个非常短的间隔，一小股一小股喷出的，就好像发射一颗颗水子弹一样，这种滋水枪通常都比连续发射的水枪有更强的冲击力，打得更远。
其实，激光器也是这样，有些激光器可以把激光分割成一小股一小股，以极短的间隔时间射出，这种激光就被称为“脉冲激光”。不过，我们人的眼睛有视觉残留，当发射的频率快到一定程度，肉眼就看不到一颗颗激光“子弹”了，我们看到的依然是一束连续的激光。脉冲激光相较于连续激光的优势就是能获得更高的功率，把激光脉冲分割的越小，发射的频率越快，每一颗激光子弹的能量就能做得越大。
科学家们把每一个激光脉冲的间隔时间称为“脉冲宽度”（简称为脉宽），所以，脉宽的单位就是时间单位。一束每隔 1 秒发出一颗“激光子弹”的激光，它的脉宽就是 1 秒，这种激光我们就可以把它叫做“秒光”。但是，对于脉冲激光来说，1 秒实在是太长太长了，我们需要更短的时间单位来描述它。
于是，就有了“纳秒光”，它表示激光的脉宽等于 1 纳秒，也就是 10 亿分之一秒，用科学计数法就是 10-9 秒
脉宽再小一级叫做“皮秒光”，1 皮秒等于 1 万亿分之一秒，10-12 秒。
再小一级叫做“飞秒光”，1000 万亿分之一秒，10秒。
再小一级就是这次诺贝尔物理学奖里面的“阿秒光”了，1 阿秒等于 100 亿亿分之一秒，10秒。这个数字实在太小了，普通人很难有概念。这么说吧，假如我们把 1 阿秒想象成是 1 秒那么长，那么 1 秒就等于 317 亿年这么长，比宇宙年龄还要大 1 倍多。
所以，阿秒激光是迄今为止，人类能够制造出来的最短时间间隔的东西，制造阿秒激光的方法就是这次几位诺奖得主发明的。简单来说，就是用一束飞秒激光去轰击某种惰性气体，就能激发出脉宽更小的阿秒激光。轰击不同的惰性气体就能产生不同类型的阿秒光。
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那么，阿秒激光有啥用呢？为啥它值得一个诺贝尔奖？
用处当然很大啊，总的说来，阿秒激光打开了一扇通往电子研究的极端超快运动过程的大门，为人类进一步研究微观世界创造了一把强有力的工具。
这种涉及量子物理学领域的知识，想直接解释清楚，几乎是不可能的，作为科普来说，我还是只能通过类比的方式让普通人能大致理解个一二。但我想再三强调，类比永远不是真正的物理学，你只能把这种理解方式当作一种社交货币，在饭桌上吹吹牛皮是可以的，千万别在此基础上胡思乱想，发明自己的理论哈。
玩过摄影的人应该都能理解什么是快门速度吧？
我们要拍摄的对象运动的越快，就需要越高的快门速度，快门速度不够的话，拍出来的照片或者视频就会有拖影。
在视频拍摄中有一个参数叫做“帧率（fps）”，也就是一秒钟拍多少张照片的意思。我们用手机拍摄的视频，一般是 30fps，一秒钟拍摄 30 张照片，用来记录日常生活中的画面基本够了。
但是，如果你用手机拍一个水滴入水的画面，基本上什么也拍不到，因为水滴入水的速度太快了。但是，如果我们用高速摄影机来拍摄水滴入水，就能清晰地看到水滴入水的全过程。
摄影机的帧率越高，就能记录下越多高速运动对象的细节。
早期的高速摄影机为了获得更高的帧率，那真的就是玩命地提高快门的开合速度，相机中是真的有一个高速开合的“门”。但我们想想也知道，通过这种机械的方式来提高快门的速度，很快就会撞到天花板，不可能太高。
那怎么办呢？工程师们就想到了脉冲激光。你想想，脉冲激光的本质与快门其实很像，都是在一定间隔时间内完成一次动作。假如有一个对象在做高速运动，我们用一束脉冲激光照射它，理论上它是一亮一暗，就好像摄像机的感光器件被一次次曝光一样。然后，我们再把被对象反射回来的激光收集起来，形成数据流，在计算机中利用算法来还原出被拍摄物体的样子。
你脑子中可以想象有一把连续发射的机关枪，在枪口前面有一辆快速开过的汽车，假如子弹发射的频率不够快，那么很可能打不到车子，或者只能打中很少的几次。被反弹出来的子弹越少，我们得到的汽车信息就越少。
所以，脉宽越小的激光，相当于发射频率越快的激光枪，就能拍摄到运动速度越快的对象。
用纳秒光可以拍摄到各种化学反应，比如结晶的过程。
用皮秒光可以拍摄到分子尺度的运动。
用飞秒光可以拍摄到原子尺度的运动。
而用阿秒光可以拍摄到原子内部，也就是电子尺度的运动。打个比方来说，阿秒光就好像人类终于制造出了一支能刺入原子内部的探针，直接触碰到电子。
这就是目前人类能直接探测到的微观世界的极限。
但这够不够呢？还不够。
未来我们还需要更短脉宽的激光。1 阿秒，也就是100 亿亿分之一秒，听上去已经是一个短到令人荒谬的时间。但是，人类已知的最短时间单位是普朗克时间，也就是 10秒，假如把 1 普朗克时间想象成 1 秒，那么，1 阿秒就相当于 3170 亿亿年，是宇宙年龄的 2300 万倍。
这么想来，人类的寿命还是挺长的，不是吗？
这就是今年的物理诺奖，你阿秒懂了吗？
