原文配圖：科幻設想中的太陽帆。

      近日，“中科院上海光機所利用超強超短激光成功產(chan) 生反物質”這則新聞廣為(wei) 傳(chuan) 播。這是國內(nei) 首次報道利用激光產(chan) 生反物質。不過，很多網友在被“反物質”一詞吸引的同時，卻忽略了背後另一個(ge) 更重大且更有意義(yi) 的成就——中國在“超強超短激光”上的一些突破。

　　什麽(me) 是“超強超短激光”？

　　不少人第一眼看到“超強超短”會(hui) 對其發生誤解。超強很好理解，而超短，不少人容易把其理解為(wei) “距離上的長短”，但實際上，這裏的“短”是時間上的長短。

　　大功率激光是各國夢寐以求的，因為(wei) ，它能幹的事實在是太多，比如軍(jun) 事愛好者們(men) 所熟知的激光武器，還有製造人工可控核聚變所需條件等等。

　　耗資數十億(yi) 美元的美國“國家點火裝置”中使用的燃料球，他們(men) 使用192門激光在十億(yi) 分之一秒的時間內(nei) 同時發射並擊中鉛筆頭大小的燃料球，從(cong) 而引發核聚變。

　　然而，大功率激光並非那麽(me) 容易產(chan) 生，並不是說給一個(ge) 激光設備提供的能量越大，激光的功率就會(hui) 越大。顯然，單純地提供大能量以進一步提高激光的功率現在已經變得很難，造價(jia) 也越發昂貴。

　　怎麽(me) 辦？

　　我們(men) 知道：功率=功/時間=w/t

　　既然在“功”上突破已經很昂貴且很難，那麽(me) ，我們(men) 就從(cong) “時間”上來突破。

　　顯而易見，相同的功，做功時間越短，功率就會(hui) 越大。當時間趨於(yu) 無窮小時，功率就會(hui) 趨於(yu) 無窮大。

　　1瓦特（功率）=1焦耳/1秒。

　　對於(yu) 1焦耳的能量來說，如果我們(men) 把激光的脈衝(chong) 時間從(cong) 1秒縮短到0.1秒，那麽(me) 我們(men) 就得到了10瓦的功率。

　　如果從(cong) 1秒縮短0.001秒，我們(men) 就得到了1000瓦的功率。

　　同理，如果縮小到1皮秒呢？那麽(me) 我們(men) 就得到了1，000，000，000，000瓦的功率（1萬(wan) 億(yi) 瓦）。

　　對於(yu) 普通大眾(zhong) 來說，1萬(wan) 億(yi) 瓦的功率其實已經大到了不可思議。然而，我國造出的超短激光脈衝(chong) ，在時間尺度上是飛秒級別，其功率比上麵的1萬(wan) 億(yi) 瓦還要多3個(ge) 0，達到了1000萬(wan) 億(yi) 瓦的級別。

　　相信，研究激光的業(ye) 內(nei) 人士每天說“飛秒”、“阿秒”的次數絕對比很多人每天說“秒”的次數還要多，為(wei) 此，我們(men) 先用一張表格來溫故一下時間的量級：

　　我國造出的激光脈衝(chong) ，在時間上短到飛秒級別，對應的激光也稱為(wei) “飛秒激光”。1000萬(wan) 億(yi) 瓦等於(yu) 1拍瓦（PW），中科院上海光學精密機械研究所（以下簡稱上海光機所）的激光設備，其功率達到了5拍瓦。

　　它能產(chan) 生很多極端條件

　　超強超短激光功率如此的大，以至於(yu) ，它能產(chan) 生很多極端條件，而這些條件隻有在恒星內(nei) 部或是黑洞邊緣才能產(chan) 生。

　　一、超強的光強

　　目前，超強超短激光所能獲得的最高光強為(wei) 1022瓦/平方厘米。這是一個(ge) 多大的光強呢？如果我們(men) 把地球上接收到的太陽總輻射同時聚焦在一根頭發絲(si) 粗細的尺度上，獲得的光強也隻有1021瓦/平方厘米。

　　二、超高的能量密度

　　超強超短激光目前可以達到3×1010焦耳/立方厘米，這相當於(yu) 是在1立方厘米的小體(ti) 積內(nei) 爆炸20噸的TNT炸藥。

　　三、超強的光壓

　　光會(hui) 產(chan) 生壓力，這就是光壓，也叫輻射壓。還在科幻中的“太陽帆”就是以此為(wei) 動力。太陽產(chan) 生的光壓很小很小，但是超強超短激光產(chan) 生的光壓接近大氣壓的1萬(wan) 億(yi) 倍。

　　它有哪些應用？

　　超強超短激光產(chan) 生的這些極端條件非常有用。其實，隻要想一想就能明白，各國的粒子加速器，包括耗資巨大的、發現上帝粒子的歐洲大型強子對撞機，它們(men) 的目的都是為(wei) 了製造出各種極端能量的粒子，迫使粒子加速並對碰，從(cong) 而借此探索宇宙的奧秘。

　　而超強超短激光可以產(chan) 生如此多的極端條件，那麽(me) 其應用當然也是非常廣泛的。

　　例如，超強超短激光能產(chan) 生超強的電場，利用這個(ge) 電場可以加速粒子，現在，用激光加速粒子的相關(guan) 實驗，無論是國際上，還是我國的上海光機所等等，都在進行。如果實驗未來獲得突破，那麽(me) 超強超短激光將會(hui) 讓未來的各種直線加速器小型化，同時成本降低。

　　中科院上海光機所此次還製造出了反物質，也就是正電子，它有什麽(me) 用？

　　眾(zhong) 所周知，隻有當光子從(cong) 樹葉上反射並進入我們(men) 的眼睛時，我們(men) 才能看到那片樹葉。而很多航空航天所需要的重要材料，其被生產(chan) 出來，或者使用過以後後，我們(men) 很想了解其內(nei) 部的微觀結構、缺陷狀態等信息，但又不能破壞材料本身，怎麽(me) 弄？當然得使用無損探測。

　　而超強超短激光可以在材料內(nei) 部製造出反物質，也就是大量正電子，這些正電子與(yu) 材料內(nei) 部的電子發生湮滅，於(yu) 是，電子的全部質量轉變成電磁輻射，並以伽馬光子射出，檢測這些光子，我們(men) 也就間接地探測到了材料的內(nei) 部情況。利用正電子湮沒技術可以對材料內(nei) 部進行原子尺度的缺陷和損傷(shang) 進行探測。

　　以上，隻是超強超短激光的兩(liang) 個(ge) 應用，未來，也許我們(men) 會(hui) 發現，以上隻是兩(liang) 個(ge) 小應用而已。根據上海光機所所長李儒新研究員在“2015年國際光年報告會(hui) ”上的介紹，2020年，在超強超短激光領域，可能實現以下夢想：產(chan) 生納米尺度的光束並應用於(yu) 顯微和存儲(chu) ；基於(yu) 激光的超精密鍾用於(yu) 測量宇宙基本常數；激光聚變獲得較大突破，人類獲取清潔可持續能源邁出很大的一步；從(cong) 飛秒激光發展到阿秒激光（阿秒脈衝(chong) ），並以此探測電子的運動和化學反應。

　　無疑，超強超短激光的應用將會(hui) 非常廣泛，正如美國學術雜誌《科學》上的一篇分析文章指出“這項工作將影響每一項研究，從(cong) 聚變到天體(ti) 物理。”

　　各國爭(zheng) 相發展

　　超強超短激光早就成了國際上的研究熱點和競爭(zheng) 重點。早在10年前，就有10個(ge) 國家和地區的30個(ge) 科研機構聯合向歐盟提出“極端光設施計劃”，此項計劃預計耗資8.5億(yi) 歐元，其目標是產(chan) 生200拍瓦的超強超短激光。

　　正因為(wei) 各大國都在爭(zheng) 相發展此項技術，所以，我們(men) 有充分的理由相信，未來，我們(men) 將陸續聽到它帶來的很多新應用，甚至是某些領域的革命。超強超短激光，它已然走在造福人類社會(hui) 的路上了……