2018年，諾貝爾物理學獎授予了光鑷和啁啾脈衝(chong) 放大的發明；

　　2017年，諾貝爾物理學獎授予了引力波的直接探測；

　　2014年，諾貝爾化學獎授予了超分辨率熒光顯微鏡的研製；

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　　在1958-2018年間，有十幾項諾貝爾獎的背後，都離不開一個(ge) 關(guan) 鍵詞：激光。

　　1960年5月16日，西奧多·梅曼（Theodore Maiman）在實驗室中首次展示了紅寶石激光器，創造出了第一個(ge) 人造相幹光源。同年8月，他將成果發表在《自然》雜誌上。在題為(wei) 《紅寶石中的受激光輻射》的文章中，僅(jin) 包含了兩(liang) 張簡單的圖和不到300的字數。梅曼的實驗是建立在阿瑟·肖洛（Arthur Schawlow）和查爾斯·湯斯（Charles Townes）的理論基礎上，而他們(men) 的理論則是受到了阿爾伯特·愛因斯坦關(guan) 於(yu) 受激光發射的理論工作的啟發。

　　今天，激光的應用已經幾乎融入在了我們(men) 生活中的方方麵麵：它可以矯正人類的視力、讀取貨品上的條形碼、蝕刻電腦芯片、傳(chuan) 輸來自月球的視頻文件、幫助駕駛自動駕駛汽車……然而，即便已經過去60年，這種光源仍在為(wei) 科學提供的想象空間。來自兩(liang) 個(ge) 物理學團隊的研究，為(wei) 激光的重新設計帶來了新的可能。

　　相幹性，是激光的一個(ge) 重要性質。相幹性也可理解為(wei) 光子的“同步性”，這種同步性持續的時間越長，光的單色性就越強。而光的顏色與(yu) 光子的波長相對應，例如，綠光的波長大約在500~550納米之間。若要讓多個(ge) 光子長時間維持同步，它們(men) 的波長必須非常精確地排列。

　　激光的相幹性，決(jue) 定了激光束在執行各種精密任務時的能力。例如世界上最精確的計時設備光學晶格鍾，就是依賴了激光的這一特性才得以存在。1958年，肖洛和湯斯提出了激光理論，對一個(ge) 理想激光器的相幹時間進行了預計。他們(men) 計算了激光相幹性的上限，認為(wei) 光子的激光相幹性受限於(yu) 盒子內(nei) 的光子數量的平方。這個(ge) 極限被物理學家稱為(wei) 肖洛-湯斯極限。

　　一直以來，物理學家都將這個(ge) 極限視為(wei) 激光物理學中的一條“金科玉律”，直到兩(liang) 項新研究的出現。

　　在這兩(liang) 項研究中，其中一篇是由澳大利亞(ya) 格裏菲斯大學的物理學家Howard Wiseman所領導的團隊所完成的。另一篇論文是由匹茲(zi) 堡大學的物理學家David Pekker所領導的團隊發表的。他們(men) 分別用不同的方法表明，肖洛-湯斯極限並非終極極限，激光的相幹性可能比肖洛和湯斯所認為(wei) 的要高得多。這樣的結果顛覆了這一持續了60年的對激光極限的認知。

　　這兩(liang) 個(ge) 團隊都意識到，肖洛-湯斯極限是建立在一些關(guan) 於(yu) 激光的假設之上，而這些假設已經不再正確。在肖洛和湯斯的認知裏，從(cong) 激光中流出的光子，就像從(cong) 水桶上的洞中流出的水流一樣，桶越滿，水流得越快，反之亦然。但是Wiseman和Pekker都發現，如果在激光器上放置一個(ge) “閥門”來控製光子流動的速率，實際上是可以使激光器的相幹時間比肖洛-湯斯極限長得多。

　　Wiseman和他的同事將論文發表在了《自然-物理》雜誌上。在他們(men) 的研究中，他們(men) 將這些能控製光子的“閥門”納入考量，然後重新估算了理想激光器的相幹時間極限，推導出相幹性的上限正比於(yu) 激光中光子數量的四次方，並最終證明了他們(men) 所得的極限是終極量子極限，或者說是海森堡極限，是量子力學所能允許的最好結果。

　　Pekker的論文目前仍在評審中。他與(yu) 同事采用了一個(ge) 略微不同的方法來研究這一極限。經過計算，他們(men) 得出相幹性的上限正比於(yu) 激光中的光子數量的三次方。現在，他們(men) 正在計劃利用超導裝置來建造這樣一種微波激光。

　　不過，建造這樣的激光器在目前來說顯然是一項非常困難的任務。有物理學家指出，Wiseman和Pekker的突破更多的是一種理論上的進步，而非實際工程上的。但Pekker認為(wei) ，在實際操作中，建造“海森堡極限”激光器絕非是一個(ge) 遙不可及的夢想，他們(men) 已經擁有了建造這樣一個(ge) 設備所需的工具和知識。或許經過數年的努力，激光領域就會(hui) 出現新的驚喜。

　　值得一提的是，這Wiseman和Pekker所提出的這兩(liang) 種關(guan) 於(yu) 激光器的新設計，不僅(jin) 有望掀起一場關(guan) 於(yu) 激光器的設計和性能的革命，還將帶來對於(yu) “激光是什麽(me) ”這一根本性問題的重新思考。這是因為(wei) ，新提出的激光器不需要通過所謂的受激輻射發光。從(cong) 這一點來看，激光的概念已經超越了它的名字，未來，它將不再僅(jin) 僅(jin) 是“通過受激輻射而放大發出的光”。

　　 附錄：激光簡史