显微镜 初中生2018诺贝尔物理学奖的官方解释：制

大家好，这里是老上光显微镜知识课堂，在这里你可以学到所有关于显微镜知识，好的，请看下面文章： 北京时间，10月2日，据国外媒体报道，今年的诺贝尔物理学奖是为了改变激光物理的发明而获得的。在新的光线下，我们能够发现极其微小的物体和极其快速的过程。不仅物理学，而且化学、生物学和医学都受益于进步。D精密仪器，既有基础研究又有实际应用。
    
     阿瑟·阿什金发明了光学镊子，它可以通过激光手指抓取粒子、原子和分子。光学镊子也可以用来操纵病毒、细菌和其他活细胞，而不会在观察和操纵过程中造成损伤。阿什的光学镊子创造了一种新的观察和控制生命的机械过程。
    
     阿什金发明了一种光学陷阱，后来被称为光学镊子1，一种在受到激光照射后开始移动的微小透明球。它们的速度与阿什金子的理论估计一致，表明辐射压力实际上在推动它们。cted效应是辐射压力是梯度的，使球体向光束的中心移动，光的强度更高。这是因为光的强度逐渐向外降低，推动球体向光束的中心移动的总力。m.3 Ashe Kim提高激光束的方向，使球漂浮。辐射压力抵消重力。4激光束通过透镜聚焦。然后光可以用来捕获粒子，甚至操纵活的细菌和细胞进入光镊。
    
     G rard Mourou和Donna Strickland为最早生产的最短波长和更高能量的激光器铺平了道路，他们开创的技术开创了这一领域的科学研究的新时代，在工业和医学上得到了广泛的应用。Y是用最锐利的激光束每年完成的。
    
     光镊绘制了驱动蛋白沿着细胞骨架移动的过程。1驱动蛋白被连接到一个由光镊操纵的小球体上。2驱动蛋白沿着细胞骨架移动。它拉动球，因此它可以测量球体的行走运动。3最后，驱动蛋白无法承受光陷阱的力量，球体返回到t光束中心。
    
     亚瑟·阿什金有一个梦想：用一束光作为工具来工作，并用它来移动物体。在20世纪60年代中期的《星际迷航》系列中，一束光可以在不接触物体的情况下被拉动，包括太空中的小行星。当然，这听起来像一个纯粹的科幻概念。我们可以感觉到太阳。由于能量不足，太阳会使我们感到热，但是来自太阳光的压力太小，我们感觉不到任何挤压。但是这种压力足以推动微小粒子和原子吗
    
     1960年台激光发明后，阿什金立即开始在纽约郊外的贝尔实验室测试这种新设备。在激光中，光波不断移动，而不是像普通的白光那样混合颜色和向各个方向传播。
    
     阿什金意识到激光是利用光束移动微小粒子的完美工具。他用激光照射微米级的透明小球，并迅速激活这些小球。同时，阿什金惊讶地发现这些小球被拉到了最密集的中间。其解释是，无论激光束多么锋利，其强度从中间到两边都减小。因此，激光对粒子施加的辐射压力也不同，迫使它们向光束中心移动并稳定。
    
     为了保持粒子在光束方向上，阿什金添加了一个强透镜聚焦激光器。这些粒子被拉到光强度的更高位置。一个光学陷阱诞生了；后来，这个装置被称为光镊。
    
     经过多年的艰苦工作和多次挫折，科学家终于能用这种光阱捕获单个原子。这个过程有许多困难：一个是光镊需要更多的力来捕获原子；另一个是原子的热振动。还有一种减慢原子运动并将它们置于比上一句话小得多的区域的方法。1986年，当光学镊子与其他方法相结合成功地静止和捕获原子时，所有的问题都解决了。
    
     虽然减慢原子速度本身就是一个新的研究领域，但阿瑟·阿什金发现了光学镊子的一个全新的用途，即研究生物系统。一个机会把他带到了这个领域。为了捕捉更小的粒子，阿什·金使用了小马赛克病毒的样本。我们。就在样品暴露一夜之后，里面装满了到处移动的大颗粒。在显微镜下，阿什金发现这些颗粒实际上是游动的细菌，当它们接近激光束时，被困在光学陷阱中。然而，阿什金的绿色激光束杀死了细菌。细菌，所以它们需要用更小的光束来保持生命。在可见的红外光下，细菌不会受损，可以在光学陷阱中繁殖。
    
     因此，阿什的下一个研究集中在许多不同的细菌、病毒和活细胞上。他甚至展示了在不破坏细胞膜的情况下进入细胞的可能性。阿什金为光镊的新应用开辟了整个世界。分子马达，在细胞内执行关键工作的大分子，其力学性质用光镊详细描述，是一种驱动蛋白质，在微管的轨道上行走，微管是细胞骨架的一部分。
    
     在过去的几年里，许多研究人员在Ashe的发明的基础上不断扩展。目前，光镊促进了许多实际应用的发展，使得在不接触物体的情况下观察、翻转、切割、推拉物体成为可能。镊子已经成为研究生物过程的标准设备，如单个蛋白质、分子马达、DNA和细胞内活性。光学全息术是最新的发展之一。通过这项技术，成千上万的光镊可以同时使用。它们的应用包括从感染细胞中分离健康细胞，这在防治疟疾和其他疾病方面具有广泛的应用潜力。
    
     这项技术的灵感来自于一篇描述雷达及其无线电波的学术文章。然而，从理论和实践上很难把这个概念转化为更短的光波长。1985年12月，发表了一篇突破性的论文，名为Donna Streak。她从加拿大搬到美国的罗切斯特大学，在那里她开始对激光物理感兴趣，因为绿光和红光把实验室装饰成圣诞树，至少在她的导师贾哈·莫罗的眼里。文中提到的技术，将短激光脉冲的强度提高到前所未有的水平。
    
     激光的产生是通过光子的链式反应，形成更多的光子。这些光子可以通过脉冲释放。自从60年前激光发明以来，研究人员一直试图产生更高强度的脉冲。然而，到了80年代中期，人们似乎已经实现了对于短脉冲，似乎不可能在不损坏放大材料的情况下提高激光的强度。
    
     CPA技术是激光技术的创新，它采用非常复杂的方法使非常强而短的脉冲释放成为可能，从而避免了对放大材料造成损伤的风险。脉冲被放大，当它被压缩时，更多的光被收集在同一个地方-光脉冲变得非常强烈。
    
     Strackland和Morrow的新技术，即啁啾脉冲放大（CPA），既简单又复杂，它们延长了短脉冲激光的时间，放大并压缩了短脉冲，随着激光脉冲时间的增加，其峰值功率大大降低，因此可以显著地放大。然后，激光脉冲的时间压缩意味着更多的光集中在一个非常小的空间中，从而大大提高了脉冲的强度。
    
     拖车与明日花了几年的时间成功地结合在一起。像往常一样，丰富的实践和概念上的细节带来了许多困难。例如，激光脉冲的扩展需要新开发的2.5公里长的光纤。但是没有光出来——光纤在某处断裂。经过大量的工作之后。经过努力，他们发现1.4公里的长度就足够了。一个主要的挑战是装置的各个阶段的同步，以便使光束相应地扩展和压缩。这个问题在1985年解决了，Strickland和Morrow次证明了他们的独创性。S的设计在实践中起作用。
    
     思特里克兰德和莫罗发明的CPA技术革新了激光物理学，成为后来所有高强度激光器的标准，在物理、化学和医学上开辟了一个全新的应用领域。ER脉冲在实验室中。
    
     来自飞秒激光器的短脉冲（右）对材料的危害小于来自毫微秒激光器的百万倍长的脉冲（左）。超短和超致密的激光脉冲可用于眼科手术、数据存储和用于制造人血管的医用支架。
    
     超短脉冲和高强度脉冲的具体用途是什么该技术用于显微摄影的早期阶段，在拍摄分子和原子时能快速照亮背景。这些过程如此之快，以至于在很长一段时间内，科学家只能描述反应前后的情况，而不能描述反应过程。H飞秒激光脉冲（1秒兆秒），我们可以观察到这些瞬态过程。
    
     激光强度很高，足以改变物体的性质，例如将电子绝缘体转换成导体。超精密激光束也可以用来切割或钻削各种高精度的材料，特别是在生物材料中。
    
     例如，激光可以用于创建更有效的数据存储，因为存储空间不仅限于材料的表面，而且以微孔的形式存在于存储介质的深处。能够扩张和加强血管、尿管和其他内部通道的金属圆柱体。
    
     这项技术应用广泛，但尚未得到充分的探索。这些进展中的每一个都可以帮助研究人员打开通往新世界的大门，基础研究和实际应用在不断变化。
    
     阿秒物理是近年来新兴的研究领域之一，短于100阿秒的激光脉冲（1阿秒等于10^-18秒）可以让我们看到电子世界的魔力。所有物质的光学和电子性质以及化学键都与电子有关。现在，利用阿秒激光技术，科学家不仅能够观察到电子，还能够观察到电子。
    
     光脉冲越快，就能观察到越快的运动。几乎令人难以置信的短激光脉冲接近几飞秒，甚至比阿秒快几千倍。这样的事件只能猜测和拍摄；电子在原子核周围的运动现在可以观测到。与阿秒相机一起使用。
    
     这些新的激光技术的许多应用已经应用于空气速度更快的电子器件、更有效的太阳能电池、更好的催化剂、更强的加速器、新能源或医学，因此在激光物理领域存在激烈的竞争也就不足为奇了。
    
     Donna Streakland正在加拿大继续她的研究，Jeha Morrow已经返回法国参加欧洲范围的激光技术发展计划。他启动并领导了欧洲极端光基础设施（ELI）计划。计划中的三个设施位于捷克。共和国、匈牙利和罗马尼亚预计在几年内完成。该项目将产生10兆瓦的峰值激光强度，相当于同时点亮的100亿个灯泡的能量水平。
    
     这三个设施将侧重于不同的研究领域，匈牙利设施将侧重于阿秒研究，罗马尼亚设施侧重于核物理，捷克共和国设施侧重于高能粒子束。私奔，包括中国、日本、美国和俄罗斯的研究机构。
    
     学者们已经开始设想下一步：强度再增加10倍，达到100瓦级。激光技术的未来不会就此止步。能量达到Zewa级、脉冲持续时间小于千分之一秒（约10秒到负21秒）的激光束不能吗
    
     从研究真空量子效应到癌症放疗，新的视野正在逼近。但即使现在，这些技术的结合使我们能够探索微观世界，并牢记诺贝尔奖创始人诺贝尔先生的遗产：为了我要人类。
    
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