世界上煽动翅膀最快角蜂鸟，每秒煽动频率可达90次

有意义的是，我们的人眼可以观察到一秒钟内发生的事情。 比如我在t0=0到t1=1这段时间检测汽车等物体的位移，或者我这里检测汽车等物体的位移。 一秒钟写了多少字。

事实上，你会发现这个单位足以在一秒钟内移动物体。 当然，这是从宏观角度来看的。 那么在运动场上，我们的计时就会变成秒、分。 比如刘翔跑了12寸91。

那更快呢？

（蜂鸟高频地扇动翅膀）

世界上最快的有角蜂鸟每秒可以拍动翅膀 90 次。 对于人类的感官来说，极短的事件是无法用肉眼观察到的。

所以这个时候我们就需要借助专业的技术技能来捕捉或者描绘这些非常短暂的瞬间，比如高速摄像机。

如果高速摄像机的帧率为 1,000 帧每秒 (fps)，则捕获图像所需的时间为：1/1,000 = 0.001 秒，即 1 毫秒。

那么这里我们就不得不谈谈光。

阿秒认知

当今最快的阿秒激光脉冲仅持续 43 阿秒。 这种超短脉冲时间使阿秒激光器能够捕获电子的超快动态过程。

这是人类有史以来创造的最短的受控事件，这意味着在此期间，即使是最快的光在真空中也只能传播13纳米。 如果这个最小受控时间相当于1秒，那么真正的1秒就相当于7.4亿年。 震惊吧！

一个阿托秒非常短，它所包含的阿托秒数量相当于 138 亿年前宇宙诞生以来的秒数。 更具体地说，我们可以想象一束光从房间的一端传播到对面的墙壁需要 100 亿阿秒。

[电子在原子和分子内移动得如此之快，以至于只能以阿秒为单位进行测量。 一阿秒等于一秒，一秒等于宇宙年龄（138 亿年）。 图片来源：Johan Jarnestad/瑞典皇家科学院]

在分子内，可以使用激光产生的最短脉冲来研究原子的运动；

当电子在原子或分子内部移动时，它们的移动速度非常快，以至于它们发生的变化在飞秒（万亿分之一秒，10 的负 15 次方）内变得模糊。

在电子世界中，位置和能量在一到几百阿秒内发生变化。

光脉冲的短持续时间与打开和关闭相机快门的短时间一样有意义，因为许多测量行为都涉及拍摄光然后等待其返回。 中间的时间差就是我们可以用来区分物体运动的最小分辨率。 。

因此阿秒激光器可以让人们以慢动作拍摄原子的各种变化，然后详细研究整个过程。

此次诺贝尔奖授予阿秒光脉冲的主要原因是基于这一原理制造的设备，极大地提高了数千次科学实验的测量精度，具有很高的实用价值。

原则

我们知道，光是一种电磁波，是由电场和磁场振动形成的。 而且，真空中的光速比其他任何东西都快。 目前也被称为宇宙第一速度。

不同的光有不同的波长，不同的波长产生不同的颜色。 例如，红光的波长约为 700 纳米，是人类头发宽度的百分之一，每秒循环约 430 万亿次。

1987年，勒惠利尔发现，当她将红外激光穿过稀有气体时，会产生与之前实验不同的“谐波”。 正是这些“和声”使我们能够捕捉到在吉他和钢琴上演奏相同音符时发生的差异。

每个“谐波”都是激光器中的光波，每个周期具有给定的周期数。 它们是由激光与气体中的原子相互作用引起的。 这些相互作用给一些电子额外的能量。 然后，这些额外的能量以光的形式发射出来。 来自电子的光脉冲以“谐波”的形式散射出去。

详细地说，当激光进入气体并影响其原子时，它会引起电磁振荡，从而扭曲原子核周围电子的电场，导致电子从原子中逃逸。

然而，激光的电场不断振荡，当它改变方向时，松散的电子可以冲回原子核。 当电子移动时，它从激光电场中获得大量额外能量。

为了返回到原子核附近的基态，电子必须以光脉冲的形式释放多余的能量。 这些来自电子的光脉冲产生了实验中看到的谐波。

一旦这些谐波出现，它们就会相互作用。 当光波的波峰重叠时，产生的光变得更强，但是当一种光波的波峰与另一种光波的波谷重叠时，产生的光变得不那么强烈。 （这些知识我们高中就已经知道了）

在适当的情况下，谐波重合，产生一系列紫外光脉冲，每个脉冲的周期为数百阿秒。 物理学家在 20 世纪 90 年代就了解了其背后的理论，但真正的突破出现在 2001 年，当时科学家们真正识别并测试了脉冲。

皮埃尔·阿戈斯蒂尼和他在法国的研究团队成功地创造和研究了一系列连续的光脉冲，就像一列串联多个车厢的火车一样。

他们使用了一种特殊的技巧，将这个“脉冲串”放置在原始激光脉冲的延迟部分旁边，以观察谐波如何彼此同步。 他们还测量了“脉冲串”中脉冲的持续时间，发现每个脉冲仅持续 250 阿秒。

费伦茨·克劳斯 (Ferenc Krausz) 和他在奥地利的研究小组正在研究一种可以识别单个脉冲的技术，例如解开火车上的一节车厢并将其切换到另一条轨道。 他们成功分离出持续 650 阿秒的脉冲，并用它来跟踪和研究电子脱离原子键的过程。

使用最短光脉冲探索电子世界和实验装置示例。图片来源：Johan Jarnestad/瑞典皇家科学院

总结：

此次获奖的阿秒激光器是当今物理学中在时间尺度上研究分子旋转和电子运动的唯一手段。 如果脉冲能够继续缩小，甚至可以用来研究原子核内粒子的运动。

我认为这对于微观尺度的物理研究来说将是一个巨大的机会，也许从量子力学的角度会有巨大的收获。 我们拭目以待。

好了，今天就到此为止！

参考：

1. 栏目科学主持人卓克解读

2.

标签： 脉冲 原子 激光 一秒 每秒