今年的诺奖颁给了“阿秒物理学”……阿……什么秒?就是10的负18次方秒!
为什么我们要这么短的时间呢?
拍过照片的你一定知道,曝光时间越长,照片越容易糊嘛!想要拍景物,1秒级别的曝光就够了;拍高速的运动员,大概需要千分之一秒;定格飞快的子弹,需要上百万分之一秒……
还有什么更快的事呢?氢气在氧气里嘭一声爆炸——化学反应里,原子分子振动转动的时间尺度,就在皮秒(10的负12次方秒)到飞秒(10的负15次方秒)的量级,用这么短的时间“拍照”,就能让人们看到化学反应的过程!——这就是1999年诺奖得主Zewail的贡献。
那么,老师还能再给力一点吗?
飞秒再往下一千分之一,就是阿秒了!
这次,产生“阿秒”的仍然是激光。人们把大功率的飞秒激光入射到固体中,使它产生更高倍数的振荡,叫做“高次谐波”,它的能量覆盖范围特别大,那么反过来说,它的脉冲时间尺度就可以做到特别小,小到原来飞秒的千分之一……
一阿秒的时间有多短呢?相当于,以光那么快的速度,都只能跑过一个原子直径的距离。这样,我们就能“看”清楚原子分子里的电子是怎么运动的,电子云如何振荡,如何发生激发和跃迁……
如果说,电子显微技术让人们拥有了定格微观世界空间尺度的照相机,那么飞秒到阿秒技术的发现,就是把微观世界的照相机升级成了“小电影”,那些曾经只能用“含时微扰”来处理的量子体系,从此让人真实地看到了它在时间轴上的演化过程!
很巧的是,一阿秒的时间相比于一秒,差不多正好是一秒的时间相比于宇宙的年龄。这似乎也喻示着,人们对微观和宏观世界的认知,在时间尺度上也犹如咬尾蛇一样衔接在了一起。宇宙诞生到我们经历了百亿年,而想要揭示出太初的基本粒子如何演化出物质世界,也需要人们在阿秒乃至更短的时间尺度上对粒子行为的深入认识。
时间越短,探索越永无止境。