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物理雙月刊 [第41卷1期]:2018諾貝爾物理獎突破雷射光學

  • 點閱:144
  • 作者:
  • 出版年:2019.01
  • 出版社: 中華民國物理學會
  • 格式:PDF
  • 本書有DRM加密保護,需使用瀏覽器線上閱讀或HyRead閱讀軟體開啟
  • 附註:雙月刊

  • 原紙本書價:200 元
  • 電子書價:140 元 (點)

  • 租書價:15點
  • 租期7天,今日租書可閱讀至2019-03-31
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本期內容簡介
總編輯的話
“For the greater benefit to humankind”– 節錄自 Aflred Nobel 遺囑
 
自1901年起,諾貝爾獎在每年的10月公佈了6個不同領域的獲獎者,這6個不同領域,涵蓋了科學、社會、人文、經濟與和平,而這些領域選出獲獎者的標準都依循諾貝爾獎設立人 Aflred Noble 在 1895 年所立下遺囑:『對人類有極大貢獻 for the greatere benefit to humankind』。其中,Aflred Noble 也在遺囑中提及:
“The person who made the most important discovery or invention in the field of physics”
這段話點出了諾貝爾物理獎的獲獎者本身所代表意義:在物理領域有極大重要發現及發明的人。基於以上這些遺囑的內容,不難得知科學的發展除了帶領人類探索未知外,最終的目的是要讓人類的生活朝向一個更美好的未來。以往許多諾貝爾物理獎獲獎的原因大多在於重大的發現,會讓人覺得與實際生活有較大的距離感,也比較難以感受對於人類的生活會造成什麼重大的影響及改變。2018 年的諾貝爾物理獎公佈時,也許超出了許多人對於諾貝爾物理獎的印象,但這些獲獎者確確實實符合了 Aflred Nobel 遺囑中所提及的獲獎要素:極大的發明及對人類生活有極大貢獻。
 
2018 年的諾貝爾物理獎 — 雷射光學領域的突破;其中分成兩個兩個主題:
Arthur Ashkin 對「光鑷的發明和其在生物系統上的應用」
Arthur Ashkin 的夢想就是可以把光束用來移動物體。因此他創造了光阱(light trap),也就是現在俗稱的光鑷(Optical tweezer)。Arthur Ashkin 意識到雷射可以是用來移動小型粒子光束的最佳候選人。他用光照在尺寸在微米大小透明球體上,球則理所當然的馬上被移動了。但就在同時,Arthur Ashkin 卻很驚訝的發現球體竟然被拉向光束能量最高的中心。這個原因是因為不論這個雷射多銳利,強度永遠是從中間向外遞減。換句話說作用在粒子上的輻射壓也會改變,造成了向中心推擠的力,也就可以將粒子抓在光束中心。為了將粒子抓在光束的方向上,阿什金加了一個強力透鏡將雷射聚焦,於是這些粒子就被拉向光能量最強的點;光陷阱也就因此誕生,也就是所謂的光鑷。這個技術可以應用在生物系統上,讓操控微小的生物物體或者測量生物世界中微小作用力(例如:細胞與細胞間的黏附力,分子馬達所產生的力),不再是夢想,足以讓人類更加了解生物世界。
Gérard Mourou 和 Donna Strickland 也因「創造產生高強度、超短脈衝雷射的方法」
Gérard Mourou 和 Donna Strickland 發明的 chirped pulse amplication( 簡稱 CPA)技術利用即時拉伸短的雷射光脈衝來降低雷射光脈衝的峰值功率,使得放大器可以不被雷射強度給損壞,之後被拉伸的雷射光脈衝再被即時壓縮,使得有更多的光在一個很小的空間內被包裹在一起,造成雷射光脈衝的強度急遽地增加,達到放大雷射光脈衝強度的目標。CPA的技術不但成為成為後來所有的高強度雷射光的標準,也成為進入全新物理、化學和醫學領域和應用的門戶的鑰匙。
今年獲獎的這些發明都對於雷射物理領域有著革命性地影響。極小物件、極快的反應過程都可以用這樣的新方法看得一清二楚。對於不管是基礎研究或是實際應用,從物理、化學、生物到醫學都因此得到更精密的儀器。
本期編輯團隊特別將兩個主題分開來,並邀請國內在雷射光學領域的專家學者為各位讀者從不同的面向介紹 2018 年諾貝爾物理獎的歷史發展,關鍵技術,物理原理及與生活、與科學發展上的連結;讀者們透過筆者們淺顯易懂的文字走進雷射光學領域的世界。
除此之外,本期也收錄了物理上先的突破及進展相關的文章。日常生活當中,不論是要描述生物的體重,物體的重量,我們都已經非常習慣利用在數字後方加上一個物理單位 — 公斤 ( 這可是一個嚴謹且具有科學性的物理量描述法 )。但是1公斤是怎麼被定義出來的呢?全世界的1公斤又是如何標準化?
『自然界不變的基本常數就成為了定義準確單位的極佳素材。』
2018年11月16日第26屆度量衡大會(CGPM)一致投票贊成國際度量衡委員會(CIPM),當年早些時候提出的SI基本單位的修訂定義;新定義將於2019年5月20日生效。
透過探索科學,我們期待可以為人類帶來更美好的生活,但同時也讓人類了解自己的渺小而更珍惜宇宙萬物。

  • 總編輯的話(第3頁)

雜誌簡介
 
物理雙月刊的誕生
物理雙月刊前身為「中華民國物理學會通訊」,為提供本會會員彼此聯絡之用。後因會員深感國內尚缺乏一專門介紹物理發展及新知之刊物,乃於民國68年7月正式創刊,名為「物理季刊」,每三個月出刊一次,並請吳大猷先生特為本刊封面親筆提字。民國76年6月改名為「物理會刊」,每兩個月出刊一次。至民國82年再改名為現在的「物理雙月刊」。
 
物理雙月刊的定位
「物理雙月刊」定位為物理的科普雜誌,希望可以透過國內物理各領域專家 學者為我們的讀者帶來許多有趣、重要以及貼近生活的物理知識,並帶領讀者一探這些物理知識的來龍去脈。透過文字、圖片、影片的呈現帶領讀者走進物理的世界,探尋物理之美。「物理雙月刊」努力的首要目標為吸引台灣群眾的閱讀興趣,進而邁向國際化,成為華人世界中重要的物理科普雜誌。