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文檔簡(jiǎn)介
1、 激光的故事查爾斯·湯斯 2002年11月21日 主持人:會(huì)當(dāng)凌絕頂,一覽眾山小,圣凱諾·世紀(jì)大講堂。在去年的3月份的時(shí)候,我們?cè)?jīng)請(qǐng)過(guò)一位年紀(jì)非常大的嘉賓,他就是楊振寧,他當(dāng)時(shí)是79歲。后來(lái)我們又請(qǐng)了一位中國(guó)科學(xué)院的資深院士,叫柯俊,他當(dāng)時(shí)是85歲。今天,主持人阿憶給大家來(lái)請(qǐng)來(lái)了美國(guó)加州大學(xué)伯克里分院的教授,他是查爾斯·湯斯,他的年齡是87歲,1915年生人,他給我們帶來(lái)的主題講演是激光的故事因?yàn)檎撬?,為我們這個(gè)世界帶來(lái)了激光器,我們掌聲歡迎他。 歡迎。 這是大家熱烈的掌聲在歡迎您,因?yàn)槟h(yuǎn)道而來(lái)。 好,我現(xiàn)在給大家介紹一下,查爾斯·湯斯是一位什么樣
2、的科學(xué)家。查爾斯·湯斯,他是實(shí)驗(yàn)和理論物理學(xué)家,剛才我已經(jīng)說(shuō)過(guò)了,1915年生人,他24歲的時(shí)候,獲得了加州理工學(xué)院博士學(xué)位,當(dāng)即進(jìn)入貝爾實(shí)驗(yàn)室,直至1947年,說(shuō)到這呢,我的第一個(gè)問(wèn)題就出現(xiàn)了,我們知道貝爾實(shí)驗(yàn)室是1925年建立起來(lái)的,然后呢,30年代的集成電路芯片,四十年代的這種“蜂窩”的概念,致使貝爾實(shí)驗(yàn)室成為蜂窩電話的鼻祖。50年代,它又推出了咱們現(xiàn)在非常喜歡的電腦音樂(lè)。60年代,它又出現(xiàn)了半導(dǎo)體的激光器。 我們也知道,后來(lái)90年代末期的時(shí)候,有兩位我們特別熟悉的諾貝爾獎(jiǎng)的華裔得主,一個(gè)是朱棣文,一個(gè)是崔琦,他們也曾經(jīng)年輕的時(shí)候,在貝爾實(shí)驗(yàn)室工作過(guò),我這個(gè)問(wèn)題就是,湯斯先生那
3、么年輕進(jìn)了貝爾實(shí)驗(yàn)室,是不是當(dāng)時(shí)就懷著遠(yuǎn)大志向,要發(fā)明出自己特別好的技術(shù)。想沒(méi)想到,我就是要拿諾貝爾獎(jiǎng)?發(fā)明出自己特別棒的技術(shù)? 湯斯:不,我不是為了獲得諾貝爾獎(jiǎng)而工作的,它不是我的目的。為了獲得認(rèn)可和獎(jiǎng)金而工作是一種錯(cuò)誤。工作是為了做好某件事情,你的工作可能會(huì)得到認(rèn)可,可能你會(huì)得到獎(jiǎng)勵(lì),但是如果你是為了獲得諾貝爾獎(jiǎng)而工作的話,那么可能你就會(huì)走入歧途。 主持人:下面馬上就由湯斯先生給我們帶來(lái)估計(jì)是特別精采的講演報(bào)告,這個(gè)報(bào)告的名字也非常通俗,叫做激光的故事有請(qǐng)。 湯斯:我將談一談激光,關(guān)于它如何產(chǎn)生的,即“激光的故事”。我首先給大家一個(gè)一般的概念??茖W(xué)就是人們?cè)噲D了解萬(wàn)事萬(wàn)物,如整個(gè)宇宙是什么
4、樣,我們自己又是怎樣的。我們總是想了解所有的這一切,這樣我們就滿足了人類的好奇心,包括對(duì)于萬(wàn)事萬(wàn)物的原理和我們自己本身的奧秘。這就是科學(xué)。而技術(shù)則是用這種知識(shí)來(lái)做對(duì)人類有益的事情。這就是技術(shù)。我們了解得越多,我們就可以做得更多??茖W(xué)和技術(shù)聯(lián)系得非常緊密,他們之間相互作用,所以讓兩者結(jié)合是非常重要的。但是科學(xué)能對(duì)技術(shù)做出什么貢獻(xiàn),通常是不可預(yù)見(jiàn)的。因?yàn)榭茖W(xué)發(fā)現(xiàn)是發(fā)現(xiàn)新事物。在我們發(fā)現(xiàn)它們之前,我們無(wú)法知道它們是什么和它們能做什么。激光就是這樣。沒(méi)有人會(huì)計(jì)劃制造一臺(tái)激光器,因?yàn)闆](méi)有人能想到,它可能產(chǎn)生出激光。 我一會(huì)兒再給大家解釋這一點(diǎn)。但是首先我想談一下,什么是激光?激光是利用分子或者原子的能量
5、來(lái)放大光。分子可以位于低能級(jí),就像這樣。也可以處于高能級(jí)。如果說(shuō)一個(gè)光子或光照射進(jìn)來(lái)而分子處于低能級(jí),那么分子就從光那里獲得了能量。但是如果這個(gè)分子能級(jí)較高而光照射進(jìn)來(lái),它就將激發(fā)這個(gè)分子,使這個(gè)分子能級(jí)下降并將能量給了光,結(jié)果光的能量增加了,就像從分子那里獲得了能量。這就是我們所說(shuō)的受激輻射,既分子在高處,光進(jìn)來(lái)激發(fā)它,分子就放出能量,躍回低能級(jí)并將能量給了光。這就是受激放大,也就是受激輻射。所以激光就是受激輻射的光放大。只要有許多分子處于高能級(jí),有合適的能量,光照射后就會(huì)激發(fā)分子并從其獲得能量,光就得到了放大,變得更強(qiáng)。 這就是整個(gè)的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程是由愛(ài)因斯坦發(fā)現(xiàn)的,愛(ài)因斯坦認(rèn)識(shí)到光可以激
6、發(fā)分子使其放出能量,即受激輻射。1917年愛(ài)因斯坦提出了這個(gè)理論,但是沒(méi)有人認(rèn)為它在技術(shù)上有什么用。 激光實(shí)際上來(lái)自用微波對(duì)分子進(jìn)行研究。我們叫它微波光譜學(xué),即微波研究分子的學(xué)科。我做這個(gè)研究,是因?yàn)槲以谪悹枌?shí)驗(yàn)室工作。我的老板要我作一個(gè)關(guān)于雷達(dá)方面的研究。這是在二戰(zhàn)期間。貝爾實(shí)驗(yàn)室認(rèn)為開(kāi)發(fā)雷達(dá)系統(tǒng)非常重要,安排我在這個(gè)方面做研究。這是工程,我不想做工程,我只想做科學(xué)。但這是在戰(zhàn)爭(zhēng)期間,我們每個(gè)人都得出力。所以我必須做雷達(dá)的研究。但這項(xiàng)工作后來(lái)對(duì)我非常重要。我對(duì)雷達(dá)有了非常多的了解。當(dāng)我對(duì)雷達(dá)有更多的了解的時(shí)候,我意識(shí)到其中一些雷達(dá)波會(huì)被空氣中的水蒸氣吸收。我們發(fā)射出雷達(dá)束,波長(zhǎng)大約為1.25
7、厘米的那一部分就會(huì)被水蒸氣吸收,所以我對(duì)此進(jìn)行了仔細(xì)的研究,意識(shí)到微波和分子之間的相互作用可以讓我們非常精確地測(cè)量分子和原子的光譜。我們把這叫做微波光譜學(xué)。戰(zhàn)爭(zhēng)之后,我說(shuō)服我貝爾實(shí)驗(yàn)室老板,讓我來(lái)做分子微波光譜學(xué)的研究。正是從這個(gè)領(lǐng)域中,最后誕生了激光。 我可以肯定地說(shuō)激光是從這個(gè)領(lǐng)域中誕生的,因?yàn)橛袃蓚€(gè)在莫斯科的俄國(guó)人跟我有類似的想法,也和我一起獲得了諾貝爾獎(jiǎng),他們也是在微波光譜學(xué)方面進(jìn)行研究。 另外還有一個(gè)人是在馬里蘭大學(xué)從事微波光譜學(xué)研究的,他也有這樣的想法。所以說(shuō),從這個(gè)領(lǐng)域中誕生了如何制造強(qiáng)光的想法。 我一會(huì)兒會(huì)給大家講激光是如何誕生的,但現(xiàn)在讓我來(lái)談一下激光本身。激光器能作什么呢?
8、它可以產(chǎn)生非常強(qiáng)烈的光,對(duì)光進(jìn)行放大。在加利福尼亞,人們制造的激光束有一千兆瓦。一千兆瓦,比美國(guó)用的所有的動(dòng)力都要多。但這束光只持續(xù)很短的時(shí)間,百萬(wàn)分之一秒。這是非常短脈沖的光,但非常強(qiáng)。而且可以聚焦在我們看不見(jiàn)的一微米大小的尺度上,即一厘米的萬(wàn)分之一。所以說(shuō)一千兆瓦可以聚焦到比你能看見(jiàn)的任何物體都要小的面積上。這是極大的能量聚集。 激光器也可以產(chǎn)生出非常微弱的受控光,它可以聚集在一個(gè)細(xì)胞上,把這個(gè)細(xì)胞完整的取出來(lái)放在另外一個(gè)地方。我們把它叫激光鑷子,這是非常非常輕柔的激光。當(dāng)然你們也知道激光可以用在商店收銀臺(tái)處,進(jìn)行掃碼,告訴你要交多少錢。激光在記錄和讀取信息方面也非常重要,在計(jì)算、記錄和讀
9、取信息方面非常重要。在一束激光中我們可以放入大量的信息,這可以是非常寬帶的信息。原則上來(lái)講,我們可以把美國(guó)所有的電視臺(tái)、電話和無(wú)線電臺(tái)放在一束激光中。這在通訊方面來(lái)講太棒了。激光現(xiàn)在特別用于光纖中進(jìn)行長(zhǎng)途通訊,這是一個(gè)非常大的產(chǎn)業(yè)。 激光還可以進(jìn)行切割,它是很鋒利的光束。它可以切割最硬的東西,可以切割鉆石,還可以用于汽車制造。它也可以是非常短的脈沖,可以短到一飛秒。這些非常短的脈沖可以蒸發(fā)掉你手上的一小塊皮膚而不燒傷你的手,因?yàn)槊}沖極短。這在醫(yī)藥界和工業(yè)界都非常重要。激光可以精確地測(cè)量距離,我們可以向月球發(fā)射一束激光,反射回來(lái)后測(cè)量從地球到月球的時(shí)間,我們測(cè)量得到月球的距離誤差可以精確到2厘米
10、。在加州理工學(xué)院,人們正在做實(shí)驗(yàn)來(lái)衡量引力波,一共是4公里的距離。他們認(rèn)為,他們的測(cè)量可以精確到10的20次方分之一秒,也就是一億兆分之一秒。這就是它的精確度。但更有趣的是激光測(cè)量這四公里可以精確到一個(gè)原子大小的萬(wàn)分之一。這是激光可以達(dá)到的精確度。激光可以做很多很多事情,這真是出乎意外。一個(gè)典型的新發(fā)現(xiàn)。這就是科學(xué)如何幫助技術(shù)發(fā)展。它導(dǎo)致了極大的技術(shù)進(jìn)步。 現(xiàn)在我給大家談一下在這一領(lǐng)域開(kāi)始發(fā)展時(shí)遇到的一些問(wèn)題。為什么從1917年愛(ài)因斯坦提出受激輻射到1958年我們寫出關(guān)于激光的論文,花了40年之久。40年呀。部分原因是因?yàn)槿藗冊(cè)诔煌姆较蛩伎?。研究量子力學(xué)的試圖了解量子力學(xué)。出現(xiàn)了不確定原
11、理之后,所有的物理學(xué)家都對(duì)這種原理激動(dòng)萬(wàn)分。人們總是被自己的想法約束住。他們總是沿著自己的思路走??梢哉f(shuō)剛開(kāi)始我也是這樣的,被熱力學(xué)的思路所引導(dǎo)。 我為自己對(duì)熱力學(xué)的了解感到自豪。熱力學(xué)原理會(huì)阻止分子發(fā)出高強(qiáng)度的微波。但實(shí)際上我錯(cuò)了,因?yàn)榉肿硬槐刈裱瓱崃W(xué)定律。我的想法確定以后對(duì)自己說(shuō),了解和應(yīng)用一般原理當(dāng)然好,但我把它用過(guò)頭了。那個(gè)時(shí)候,其他的物理學(xué)家把不確定原理應(yīng)用的過(guò)頭了。我所在的系有一個(gè)叫托馬斯的教授,它發(fā)現(xiàn)了量子力學(xué)中的托馬斯效應(yīng)。他一直告訴我,不,你那樣做不可能造出好的振蕩器,它不能發(fā)出單純的頻率。你不明白,它不可能產(chǎn)生純的頻率。他談的是不確定原理。一束分子通過(guò)一個(gè)腔,并在腔中進(jìn)行
12、振蕩。分子在腔中的時(shí)間很短。而不確定原理說(shuō),你在這么短的時(shí)間內(nèi)不可能測(cè)量分子的頻率,所以你錯(cuò)了。你不懂。但我想我懂。我仔細(xì)地研究了這些方程。當(dāng)然了,當(dāng)有人對(duì)你質(zhì)疑時(shí),你要仔細(xì)地思考你是否真的是正確的。如果你非常確信你是正確的,他們是錯(cuò)的,那非常好。我認(rèn)為我是對(duì)的。我們制造出了微波振蕩器。就是在它成功之后,我們發(fā)現(xiàn)它的頻率非常純。我們又制造出了一臺(tái)微波激射器,這樣我們就有兩臺(tái)了,它們的頻率非常接近。我們讓它們一起振蕩,它們的頻率大約是300億赫茲,即每秒振蕩300億次。我們也讓它們做拍頻振蕩結(jié)果產(chǎn)生了一個(gè)500赫茲的頻率,如果我們把它放在無(wú)線電頻率上播放的話,我們可以用耳朵聽(tīng)到。幫助我建立第二臺(tái)
13、激光器的人叫王明。他是中國(guó)人,后來(lái)又回到了中國(guó)。他幫助我建立了第二臺(tái)微波發(fā)射器并證明它的頻率非常純。我做到了。在我的學(xué)術(shù)休假期我訪問(wèn)了丹麥,并同尼爾斯?玻爾談及此事。尼爾斯?玻爾是一個(gè)非常著名的物理學(xué)家,你們知道,他幫助發(fā)現(xiàn)和發(fā)展了量子力學(xué)。他問(wèn)我現(xiàn)在干什么?我就告訴他振蕩器的事情。他說(shuō):不,你一定搞錯(cuò)了,它不可能產(chǎn)生一個(gè)純的頻率。一定有什么地方弄錯(cuò)了。而我說(shuō):是的,它產(chǎn)生了。我們已經(jīng)證明它沒(méi)問(wèn)題,而且我們知道它能產(chǎn)生很純的頻率。他說(shuō):一定有些奇怪的事情。然后他就不再追問(wèn)了。后來(lái)在普林斯頓大學(xué)的一個(gè)會(huì)議上,我遇到了另一個(gè)著名的教授,馮諾依曼教授,他是杰出的數(shù)學(xué)物理學(xué)家。他問(wèn)我在干什么?我告訴了
14、他。他說(shuō):不,那樣不行,因?yàn)樗荒墚a(chǎn)生純的頻率。我說(shuō):你們的思路集中在不確定原理上,而沒(méi)有考慮到這樣一個(gè)事實(shí),那就是受激輻射一定是互相干涉的。其他的物理學(xué)家已經(jīng)證明了這一點(diǎn),但沒(méi)有人給予足夠的重視。而我可以用一個(gè)方程來(lái)證明它。馮諾依曼教授說(shuō):不,它不可能正確。我說(shuō):不,它是對(duì)的。后來(lái)他就離開(kāi)了。十五個(gè)以月后,他回來(lái)對(duì)我說(shuō):是的,你是正確的。 所以了解情況,特別是不要拘泥于你的慣性思維,這是一個(gè)非常重要的方面。另一個(gè)重要的方面是我受過(guò)一些工程訓(xùn)練。當(dāng)我同工程師談起振蕩器時(shí),他們說(shuō):嗯,嗯,分子產(chǎn)生了放大,對(duì),當(dāng)然了,頻率將非常純。他們認(rèn)識(shí)到,在反饋的幫助下,分子進(jìn)入空腔并放出輻射。空腔又將輻射返
15、回給分子,這就叫反饋。他們知道在電子工程上的反饋振蕩器。但他們不懂量子力學(xué)。那個(gè)時(shí)代的工程師不懂量子力學(xué),所以他們不知道這些分子的行為方式,但他們知道它能產(chǎn)生純的頻率。物理學(xué)家懂量子力學(xué),但他們對(duì)工程不是很敏感。而從事微波光譜學(xué)的人必須既懂工程,微波工程,又懂量子力學(xué),這就是為什么激光誕生于微波光譜學(xué)。我已經(jīng)提到了微波的一些應(yīng)用,對(duì)于這些應(yīng)用我也寫了一些文章。盡管我們已經(jīng)發(fā)表了關(guān)于激光的論文,甚至激光器已經(jīng)被制造出來(lái),我的許多朋友還是沒(méi)有看到它們的應(yīng)用。他們習(xí)慣于跟我開(kāi)玩笑說(shuō):這個(gè)發(fā)明不錯(cuò),但它是一個(gè)到處尋找應(yīng)用的發(fā)明。它能做什么呢?它還在到處尋找它的應(yīng)用。激光是非常新,它改變了一切。一些人看
16、不見(jiàn)它的用途,但我知道它有用,因?yàn)樗央娮訉W(xué)和光學(xué)結(jié)合在一起。電子學(xué)和光學(xué)都有許許多多的用途。激光把電子學(xué)和光學(xué)結(jié)合在一起,一定能產(chǎn)生很多用途,我可以預(yù)見(jiàn)到。我可以馬上預(yù)見(jiàn)到的一個(gè)用途是通訊。采用激光,通訊將會(huì)非常強(qiáng)大。我也可以預(yù)見(jiàn)到其它一些用途。我想它也許有一些醫(yī)學(xué)的用途,而且我寫了一篇文章。一個(gè)醫(yī)生想與我共同寫一篇關(guān)于激光在醫(yī)學(xué)上可能應(yīng)用的論文。我們寫了一篇文章,我們沒(méi)有提到激光在醫(yī)學(xué)中的一個(gè)重要的應(yīng)用,就是將脫落的視網(wǎng)膜再植。將一束激光射入眼球中,視網(wǎng)膜脫落的位置,它就會(huì)被再植。手術(shù)幾乎不需要麻醉劑,非常迅速,并且可以完全根治脫落的視網(wǎng)膜。我在這篇文章沒(méi)有談到此事,因?yàn)槲覐奈绰?tīng)說(shuō)過(guò)視網(wǎng)膜
17、脫落,所以我怎么能預(yù)見(jiàn)它呢?但應(yīng)用的人看到了它的可能性,這是激光在醫(yī)學(xué)方面最早的應(yīng)用之一。我對(duì)這一點(diǎn)感到滿意和振奮。一些人到我這來(lái)說(shuō),你知道嗎?激光治好了我的失明。它讓我重見(jiàn)光明?,F(xiàn)在我提到了一些在工業(yè)和醫(yī)學(xué)方面的用途。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,它有許許多多的用途。它可以被用作外科手術(shù)工具,它可以切割和縫合血管,它可以非常好的切開(kāi)并且很好的縫合血管。有各種各樣的醫(yī)學(xué)用途,當(dāng)然,在工業(yè)上,這是一個(gè)非常大的產(chǎn)業(yè)。這個(gè)產(chǎn)業(yè)非常大并且它還在不斷地增長(zhǎng)。我常說(shuō)激光還處于青春期。我們看到激光是非常靈巧的,它能做很多事情,并且已經(jīng)做了一些事。它還會(huì)長(zhǎng)大,它還會(huì)做很多我們目前所想不到的事情,所以激光還處于青春期。我們知道它
18、能做很多事情,但這僅僅是一個(gè)開(kāi)始,它還要成長(zhǎng)壯大。而且你們當(dāng)中的一些人將會(huì)決定激光還能做些什么。開(kāi)發(fā)新用途,發(fā)明新用法,完善激光的使用。現(xiàn)在有很多類型的激光,許多人對(duì)激光做出了貢獻(xiàn)。激光是在科學(xué)家集體的貢獻(xiàn)下成長(zhǎng)起來(lái)的,所以有不同種類的激光。他們有許多科學(xué)和技術(shù)方面的應(yīng)用,在科學(xué)方面它是一個(gè)非常好的工具。我就在光譜學(xué)中用這個(gè)工具。一個(gè)德國(guó)的物理學(xué)家海因茨測(cè)量了氫原子的頻率,其精確度可以達(dá)到千兆分之一。這非常精確了。以至于我們可以指望用它來(lái)測(cè)量一些物理常數(shù),看看這些常數(shù)一年中是否發(fā)生變化。人們認(rèn)為這些物理常數(shù)在宇宙的一生中可能一直在改變。如果事實(shí)是如此的話,現(xiàn)在我們就可以在一年的時(shí)間里看出這些變
19、化。激光可以測(cè)量極短的時(shí)間,我的一個(gè)朋友在用激光觀察分子的反應(yīng),可以在極短的時(shí)間內(nèi)對(duì)它們進(jìn)行測(cè)量。在分子的反應(yīng)過(guò)程中你可以觀察分子,他因此獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。實(shí)際上,從第一個(gè)在這方面獲諾貝爾獎(jiǎng)以來(lái),又有12個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)授予了那些把微波激射器和激光器用作科學(xué)工具的人們。 現(xiàn)在我仔細(xì)來(lái)談一談科學(xué)給我們帶來(lái)的驚喜。我們進(jìn)行探索,還會(huì)發(fā)現(xiàn)什么,我們永遠(yuǎn)不知道。這是不可預(yù)測(cè)的。但我想提及另外一種發(fā)現(xiàn),它也使驚喜,讓我們更多地了解激光器和微波激射器。當(dāng)我開(kāi)始研究天文學(xué)的時(shí)候,我想在微波領(lǐng)域進(jìn)行天文學(xué)的研究。早期和我工作的一個(gè)學(xué)生叫阿爾伯特陳,也是一個(gè)中國(guó)人,他住在香港。他來(lái)和我一起工作,他同意用微波來(lái)尋找空間中
20、的分子。他發(fā)現(xiàn)了空間中的第一個(gè)復(fù)雜分子,這,開(kāi)創(chuàng)了天文學(xué)中的一個(gè)很重要的領(lǐng)域。除此之外,他還發(fā)現(xiàn)了太空中的第一個(gè)微波激射器,第一個(gè)空間中自然的微波激射器,數(shù)量很多。我們現(xiàn)在知道,太空中自然產(chǎn)生的微波激射有100多種不同類型。它們存在已經(jīng)有幾十億年了。太空中還有激光器,激光器在太空中產(chǎn)生光和紅外線。早在20世紀(jì)30年代,我們就可以用當(dāng)時(shí)的技術(shù)探測(cè)那些微波激射器和它們發(fā)出的輻射。因?yàn)樗鼈兪窃谖⒉▍^(qū)域很強(qiáng)的光束。如果我們?cè)俅竽懸恍?,再好奇一些,我們?cè)?0世紀(jì)30年代就可以探測(cè)到來(lái)自太空的無(wú)線電波了。但是人們當(dāng)時(shí)沒(méi)有那么做,我們還沒(méi)有發(fā)明出微波激射器和激光器。太空激射器幾十億年前就存在了。如果我們?cè)绨l(fā)
21、現(xiàn)了它們的存在,我們就會(huì)問(wèn)自己,為什么有這么強(qiáng)的光呢?我們會(huì)對(duì)此進(jìn)行思考,人們會(huì)說(shuō):啊,因?yàn)榉肿邮艿搅思ぐl(fā),光被放大,也許我們?cè)诘厍蛏弦部梢宰龅?。這樣通過(guò)研究來(lái)自太空的微波,我們就有了另一種途徑來(lái)發(fā)現(xiàn)非常非常亮的光源,那就是另外一種驚喜了。 現(xiàn)在你們已經(jīng)聽(tīng)到了這個(gè)有趣而復(fù)雜的故事。很有趣,我覺(jué)得我很幸運(yùn)。做科學(xué)工作很好。這也是為什么我建議你們想想你們喜歡干什么。我喜歡做研究發(fā)現(xiàn)新事物。你們最喜歡做什么呢?你們會(huì)不會(huì)也認(rèn)為那是很重要的?這樣你就會(huì)有很多的樂(lè)趣并盡力做得最好。祝你們好運(yùn)。 主持人:好!謝謝87歲的老爺爺,給我們帶來(lái)了這么好玩兒的關(guān)于激光的故事,下面咱們看一下,來(lái)自鳳凰網(wǎng)站的網(wǎng)友對(duì)您
22、的提問(wèn)。 第一位網(wǎng)友叫做“扭曲的房間”,他說(shuō)聽(tīng)說(shuō)日本的日亞化學(xué)工業(yè)公司,從四月起已率先進(jìn)行了紫色半導(dǎo)體激光器的批量生產(chǎn),他計(jì)劃是月產(chǎn)十萬(wàn)只,這種激光器可以作為新一代DVD的寫入裝置,因而引起了家電行業(yè)的廣泛關(guān)注,湯斯先生能否告訴我,激光怎么能讓我們看VCD和DVD呢?而日本人把這種紫色的半導(dǎo)體激光器用于DVD和現(xiàn)在的DVD有什么不一樣嗎? 湯斯:是的,確實(shí)激光這方面用的時(shí)間非常長(zhǎng),進(jìn)行光盤寫入。人們把激光聚焦并形成脈沖,就可以獲得每秒很多很多的脈沖,所以激光就可以產(chǎn)生很多的信息,如果把這些脈沖打在一個(gè)盤上,這個(gè)脈沖會(huì)改變其中的化學(xué)成分和它的形狀,這就是說(shuō)你記錄了這些脈沖,此后還可以在再把它們讀
23、出來(lái)。激光可以記錄你要的任何東西,就像照片一樣。照片就是在這個(gè)上面弄出來(lái)很多的點(diǎn),后來(lái)這些點(diǎn)就組成了一些信息,然后你用光照上去,你又看到了它 。所以激光可以非常有效地用來(lái)寫信息和讀信息,特別是對(duì)大量的信息,這非常有效,而且節(jié)約空間。 主持人:另外這個(gè)網(wǎng)友他還問(wèn),他說(shuō),這個(gè)日本的紫色半導(dǎo)體激光器您聽(tīng)說(shuō)過(guò)嗎? 湯斯:是的我聽(tīng)說(shuō)過(guò)?;旧先毡救怂龅木褪窃黾庸獾念l率,是它達(dá)到更高的頻率。在我們開(kāi)始制造微波激射器的時(shí)候波長(zhǎng)是1厘米,然后波長(zhǎng)越來(lái)越短到了可見(jiàn)光區(qū)域。我們有可見(jiàn)光波長(zhǎng)的微波激射器已經(jīng)有一段時(shí)間了,但大多數(shù)微波激射器都是紅光的。紅光的波長(zhǎng)比藍(lán)光的波長(zhǎng)長(zhǎng)。人們想得到藍(lán)光波長(zhǎng),這樣做有幾種方法。
24、你可以增加紅光的頻率來(lái)得到藍(lán)光波長(zhǎng),這樣的激光器是非常強(qiáng)的,他們可以產(chǎn)生所謂的非線性效應(yīng)。所以你可以使這個(gè)頻率增加兩倍、三倍等等,達(dá)到更短的波長(zhǎng)。這就是產(chǎn)生藍(lán)色甚至是X射線激光的一種方法之一。我認(rèn)為日本人制造了一種半導(dǎo)體可以直接產(chǎn)生藍(lán)光。從半導(dǎo)體中直接產(chǎn)生而不是使頻率加倍,這是一個(gè)重要的發(fā)現(xiàn)。這實(shí)際上是如何找到一種有足夠大的能級(jí)差的半導(dǎo)體,而且這個(gè)能級(jí)差適于產(chǎn)生這個(gè)頻率。這是一個(gè)重要的技術(shù)進(jìn)步,但是它沒(méi)有什么根本的改變。 主持人:好!接下來(lái)呢,下面現(xiàn)場(chǎng)觀眾朋友可以有什么問(wèn)題直接跟湯斯先生聊聊? 觀眾:湯斯先生您好,剛才您在報(bào)告中提到您想做科學(xué)不想做工程,然后我的問(wèn)題就是,想問(wèn)一下您認(rèn)為科學(xué)和工
25、程的區(qū)別是什么?還有就是,對(duì)于科學(xué)家和工程師,他們各自應(yīng)該具有什么特點(diǎn),各自應(yīng)該具有什么素質(zhì)?這是我要提的第一個(gè)問(wèn)題。第二個(gè)問(wèn)題就是,您作為激光器的發(fā)明人,您對(duì)現(xiàn)在新型激光器它的研制和激光器的應(yīng)用,它們的前途,它們的前景有些什么展望?謝謝。 湯斯:我想第一個(gè)問(wèn)題涉及我對(duì)工程的態(tài)度。工程是非常重要的,正如我早些時(shí)候所說(shuō),了解工程對(duì)于我來(lái)說(shuō)非常重要。正因?yàn)槿绱?,有了微波激射器和激光器的發(fā)明,因?yàn)槲覍?duì)工程的了解比那個(gè)時(shí)候大多數(shù)的物理學(xué)家都多。但另一方面,我更喜歡作為一個(gè)科學(xué)家,進(jìn)行開(kāi)放式的探索。工程是你想造出那些能夠幫助別人的東西等等。我曾作為一個(gè)系統(tǒng)工程師設(shè)計(jì)雷達(dá),這很有趣。一些人非常喜歡它。我的
26、一個(gè)女兒是機(jī)械工程師,我對(duì)此感到很高興。工程很有趣,但我個(gè)人更愿意嘗試解決未知的謎團(tuán),探索新事物。其他人會(huì)覺(jué)得設(shè)計(jì)和建造那些馬上對(duì)人們有用的東西,能給他們帶來(lái)滿足感。比如說(shuō)設(shè)計(jì)一棟樓等等。工程和科學(xué)都是既有趣又有價(jià)值的。這取決于個(gè)人認(rèn)為哪個(gè)更有意思更有趣。我們可以從事任何一個(gè),但是兩者之間總是有緊密聯(lián)系的??茖W(xué)和工程是非常緊密聯(lián)系的。工程使用知識(shí),有時(shí)工程也發(fā)現(xiàn)新知識(shí)??茖W(xué)發(fā)現(xiàn)新知識(shí),有時(shí)也能知道工程是如何使用這些新知識(shí)。我相信大多數(shù)科學(xué)家都認(rèn)為工程是利用他們的新發(fā)現(xiàn),這在某種程度上講是對(duì)的,但反過(guò)來(lái)也是這樣。讓我給你們舉個(gè)例子吧。我的一個(gè)學(xué)生和一個(gè)貝爾電話實(shí)驗(yàn)室的工程師,被要求找出無(wú)線電和微
27、波噪音的來(lái)源,這在技術(shù)上很重要。工程師想知道噪音的來(lái)源以便降低噪音,這樣通訊能夠更好。他們對(duì)噪音進(jìn)行了仔細(xì)的研究,做了高質(zhì)量的工作,也做得很仔細(xì)。他們尋找噪音的來(lái)源,噪音來(lái)自于哪里?是什么?他們發(fā)現(xiàn)噪音來(lái)自天空所有方向,從天空所有方向都有均勻數(shù)量的噪音,它們是什么呢?他們發(fā)現(xiàn)了大爆炸,我們宇宙的起源。你看,這是一個(gè)非?;镜目茖W(xué)研究,即發(fā)現(xiàn)宇宙的起源。宇宙起源于大爆炸。大爆炸產(chǎn)生了很多能量,產(chǎn)生了微波和噪音。150億年前發(fā)生的大爆炸所遺留的微波至今還在那兒,還在不斷地來(lái)到地球。所以他們作為工程師卻解決了最重要、最基本的科學(xué)難題。他們也因此得到了諾貝爾獎(jiǎng)。所以工程有時(shí)可以發(fā)現(xiàn)新的科學(xué),科學(xué)有時(shí)也
28、可以發(fā)現(xiàn)重要的工程問(wèn)題。兩者都非常重要,我認(rèn)為有一些人喜歡科學(xué),有一些人喜歡工程,兩者我們都很需要。 主持人:激光未來(lái)的問(wèn)題。 湯斯:我認(rèn)為激光的未來(lái)非常光明。我可以猜測(cè)可能完成的一些事。我們一定要增加激光的功率。人們估計(jì)我們能把激光功率增加一百萬(wàn)倍以上,所以我們會(huì)從目前的千兆瓦增加到十億兆瓦,真是太棒了!它把我們帶到了物質(zhì)的新領(lǐng)域,這非常激動(dòng)人心,也非常有趣。我也預(yù)測(cè)如果我們想同其它的星球進(jìn)行溝通,激光束可能是最好的辦法。我相信有可能制造出足夠強(qiáng)的激光束。如果有人用它在其它星球上朝我們照來(lái),在晚上我們就可以用肉眼看到它。來(lái),我們晚上出去看一看,哪兒在閃爍,就是告訴我們哪兒有人。實(shí)際上有很多天
29、文學(xué)家用望遠(yuǎn)鏡來(lái)得到更高的敏感度,尋找來(lái)自其它星球和生物的光波。激光越來(lái)越強(qiáng)有力,也越來(lái)越精確,我們可以用它來(lái)做很多新的科學(xué)研究。我就一直這樣做,我在天文學(xué)中用激光測(cè)量星星的大小,這是激光的另外一個(gè)新用途。還有許許多多的激光的用途。所以我說(shuō)激光還很年輕,他們就像一個(gè)青少年。是的,我們知道他們是非常強(qiáng)有力的,我們還可以用它來(lái)做很多事情。它會(huì)繼續(xù)成長(zhǎng),幫助我們做很多事情,然后進(jìn)入老年期。我想我們發(fā)現(xiàn)了很多利用激光的方法。我認(rèn)為它們會(huì)繼續(xù)發(fā)展50年。不斷拓展應(yīng)用,人們會(huì)發(fā)明新型激光,更好的激光,更便宜的激光,更強(qiáng)有力的激光,更精確的激光等等。我很高興有這么多的人都在這方面進(jìn)行工作,拓展我們的知識(shí)。
30、主持人:好,謝謝! 觀眾:教授你好,我是清華大學(xué)物理學(xué)系的學(xué)生,很榮幸聽(tīng)到您的講課,剛才您在您的講演中提到您在宇宙空間中發(fā)現(xiàn)很多的微波激射器,我很好奇,您能具體解釋一下宇宙空間中的微波激射器產(chǎn)生的原理是什么嗎?因?yàn)槲抑牢⒉ど淦鬟€是激光發(fā)射器,對(duì)于共振腔尺寸的要求實(shí)際上是很高的。我就很奇怪,如何在自然界能夠產(chǎn)生這樣的微波激射器?謝謝! 湯斯:這是個(gè)很好的問(wèn)題。因?yàn)榇蟛糠值奈⒉ㄆ骱图す馄鞫加泄舱袂?。但是如果沒(méi)有共振,只有激光束的放大,我們也把它叫做激光器。當(dāng)光束前進(jìn)的時(shí)候得到放大,這個(gè)過(guò)程是相同的,它得到的放大不像在一個(gè)腔中得到的那么強(qiáng)。光束來(lái)回反射可以得到更多的能量。如果光束只走一次,也可以
31、得到能量,我們?nèi)匀豢梢苑Q它為激光器或微波器。這就是在星際空間中存在的那種類型。原因之一是,在星際空間中熱平衡并不是很普遍的,有很多的激發(fā)存在。分子和原子不處于熱平衡狀態(tài),所以在充滿能量的空間當(dāng)中可能有過(guò)量的分子。如果一束微波從一處出發(fā),穿過(guò)這群分子,它就會(huì)被激發(fā)和放大。這就產(chǎn)生了放大,從而得到非常非常強(qiáng)的微波束,這就是沒(méi)有共振腔的微波發(fā)射器或激光器。 觀眾:您好,湯斯先生,感謝您為這世界帶來(lái)了激光,也感謝您帶來(lái)激光給這個(gè)世界發(fā)生美妙而奇特的變革,但是您是否想到激光技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到了軍事領(lǐng)域,成為屠殺人類的一種工具,比方說(shuō)前天,我看到了美國(guó)的一家美國(guó)它正利用這種激光技術(shù)去打在太空中的小衛(wèi)星,我想問(wèn)
32、就是說(shuō),您是如何看待這種現(xiàn)象的?謝謝 主持人:剛才湯斯先生說(shuō),這個(gè)激光給人動(dòng)手術(shù)的時(shí)候,那個(gè)傷口是非常小的,但是當(dāng)武器打人的時(shí)候,那傷口很大。 湯斯:一旦你學(xué)會(huì)做某種事,你就可以利用這些知識(shí)來(lái)幫助人們或者傷害人們。人類總是面臨這個(gè)問(wèn)題。無(wú)論我們有什么樣的知識(shí),我們都可以用它來(lái)幫助人們或傷害人們。所以我們必須有道德感,這樣我們就會(huì)幫助人們而不是用在相反的方向。我們可以用一塊石頭來(lái)殺人。我們用的許多東西很原始。高科技也能被用來(lái)殺人,也能被用來(lái)搞破壞。但它也可以做許多非常非常有益的事情。讓我來(lái)特別談一下激光。它本身實(shí)際上不是設(shè)計(jì)用來(lái)殺人的,我已強(qiáng)烈地建議政府反對(duì)這方面的應(yīng)用。實(shí)際上激光也不是一種實(shí)用的殺人工具。它傷害人的方法主要是使人失明并損傷眼睛。激光對(duì)人照射可以使人們失明并損傷他們的眼睛,這非常糟糕。我已經(jīng)在一個(gè)委員會(huì)上建議政府必須重視這個(gè)問(wèn)題。然而 激光對(duì)一些軍事目的也是有利的,比如說(shuō)是通訊。如何使用電話呢?電話可以用于有益的目的,也可能被用于軍事目的。如果軍事目的是惡意的,那么電話也被惡意的使用。我個(gè)人認(rèn)為激光在軍事上有益的用途是使導(dǎo)彈打得更準(zhǔn)。你看我們?cè)趹?zhàn)爭(zhēng)中扔炸彈和導(dǎo)彈,經(jīng)常會(huì)毀壞城市。例如,如果我們想炸毀一座橋梁就應(yīng)命中目標(biāo)
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