“目标是炸破真空”：诺贝尔奖如何推动科学发展 _诺贝尔奖

“目标是炸破真空”：诺贝尔奖如何推动科学发展
（）2018年诺贝尔物理学奖授予美国科学家阿瑟·阿什金、法国科学家热拉尔·穆鲁以及加拿大科学家唐娜·斯特里克兰，以表彰他们在激光物理学领域的突破性贡献。12月10日，颁奖典礼在斯德哥尔摩举行。俄罗斯国立核能研究大学莫斯科工程物理学院（NRNU MEPhI）激光与等离子体技术研究所教授谢尔盖·波普鲁任科向“今日俄罗斯”国际通讯社“社会导航”项目采访人员介绍了穆鲁和斯特里克兰的科研突破的意义及其应用于未来激光物理学的前景。
斯特里克兰和穆鲁的发明的实质是什么？
二人于1985年发表的论文在提高激光装置最大强度方面带来了巨大进步。
在很长一段时间里人们曾认为，由于激光工质只能承受一定的能量密度，所以场强有限。20世纪80年代，激光装置达到了这个极限，研究更大功率可谓天方夜谭。
1985年，斯特里克兰和穆鲁想到了突破这一局限的方法。当时已出现可以产生持续时间超短的辐射脉冲的激光装置。短激光脉冲可用棱镜或衍射光栅延长，从始至终，其颜色变化不大，一头变红，另一头变蓝。
穆鲁和斯特里克兰想到，可以获得极限飞秒脉冲，拉伸数千到数十万次，使之略微“淡化” ，这样，脉冲每部分都将有自己的频率，且与平均值差距不大。
然后，脉冲功率会有什么变化？它会减小。处于功率极限的激光脉冲通过衍射光栅时会被拉长，其功率将下降许多倍。然后我们可以再次让它进入这个系统，重新使其增至极限。之后，经过下一个衍射光栅反射，再压缩。
该过程使得激光辐射强度增加数千倍。斯特里克兰和穆鲁向人们证明，他们的想法行之有效，而且结果显示，它可以轻易实现。
这项发明带来了什么？
使激光峰值功率大幅度提高。30年来，它提升了百万倍。此外，此发明大大推动了基础科学的发展，拉近了科学家与这个之前被认为无法进行实验的物理学领域的距离。
莫斯科工程物理学院何时加入了这些研究？
曾担任我们学校理论核物理系主任的尼古拉·鲍里索维奇·纳罗日内教授是世界上最著名的强电磁场量子电动力学专家、理论家之一。他和穆鲁教授于20世纪70年代相识，当时他们一起在美国罗切斯特大学进修。
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2005年在日本举行的激光物理学会议上，穆鲁和纳罗日内教授相遇，记起了对方。这次会议颇有成效。听完纳罗日内有关预言在强电磁场中真空可产生一对“电子和正电子”的报告及其他科学家的报告后，穆鲁知道，他的发明可为基础物理学的发展提供巨大推力，如果这项技术更加完善，那么就可以获得纳罗日内谈到的那些电磁场。
穆鲁问，为什么会是一对“电子和正电子”？或许，如果我们进一步增加强度，真空将会因这些电子对而爆炸，从而抛出大量的电子对。结果，他说出了那句著名的话，“我的梦想就是制作这样的引爆真空的激光装置”。
如何使真空爆炸?
这个想法是在穆鲁、纳罗日内和其他理论家的讨论中产生。激光场中的电子可以与光子碰撞，产生另一对“电子和正电子”，然后再一对，结果发生级联，类似于宇宙射线进入地球大气层时出现的级联。如果真空中摄入强大激光，这种“暴雨”就会凭空产生。
纳罗日内、费多托夫、科恩和穆鲁发表过一篇论文，证明了这些级联会发展，并导致激光完全转化为粒子，这也被称为“炸破真空” 。诚然，这个想法距离实现还很遥远。
超强激光装置项目进展如何？
最知名的项目是极端光基础设施（Extreme Light Infrastructure，ELI）。这是一个正在建设中的实验室，由位于捷克、罗马尼亚和匈牙利的三个独立部分组成。按计划，将打造每平方厘米强度为1024瓦，甚至可能为1025瓦的激光装置。在斯特里克兰和穆鲁的发明问世之前，从未超过每平方厘米1015瓦。
虽然这还不足以实现穆鲁关于真空爆炸的想法，但这是非常重要的一步。
下一步是建立一个国际极端光研究中心（XCELS），它将拥有世界上最强大的激光设施，其强度将达到每平方厘米1026瓦，甚至更高。在现任俄罗斯科学院院长亚历山大·米哈伊洛维奇·谢尔盖耶夫的领导下，穆鲁和其它世界知名超强激光技术领域专家在位于下诺夫哥罗德的俄罗斯科学院应用物理研究所参与设计了这种装置。目前，该项目正在等待资金划拨，可能，穆鲁获诺贝尔奖对此有推动作用。
获得诺贝尔奖还有可能带来哪些影响？
我认为，全世界对激光项目的支持会加强。
公众会关注这一科研领域，中小学生和大学生都将了解它，也有人会进入这个研究领域。
这对国立核能研究大学莫斯科工程物理学院也很重要，因为我们大学已深深融入这项研究，我们在ELI和XCELS大型项目中负责理论研究。
尽管激光装置仍在建设中，但ELI基础设施已经开始运作。我不久前刚去过那里，从项目主管乔治·科恩（Georg Korn）那里得知，项目工作人员中俄罗斯人数排名第二，其中很多是莫斯科工程物理学院的专家。
需要指出的是，莫斯科工程物理学院为有志从事实验或理论激光科学的年轻人提供了非常好的起步条件。与我们合作的实验室处于实验激光科学领域的最前沿。
我希望，ELI激光装置能够在几年内启用，这将是在实践中检验穆鲁在纳罗日内和其他理论物理学家研究基础上所提想法的倒数第二步。
如果XCELS项目得到支持，最后一步将在俄罗斯完成。