建言周恩来:诺贝尔奖得主杨振宁的中国激光情节

2013-09-09 admin1 132

近日,刘晓庆一连三场的舞台剧《风华绝代》在香港尖沙咀文化中心拉开帷幕,吸引郑明明、周振基、林家声等名人前往观看,连大美女林青霞,也与好友狄龙太太陶敏明现身捧场。91岁杨振宁也和36岁的妻子翁帆到现场助兴。

杨振宁,出生于安徽省合肥县(今肥西县),著名美籍华裔科学家、诺贝尔物理学奖获得者。其于1954年提出的规范场理论,于70年代发展为统合与了解基本粒子强、弱、电磁等三种相互作用力的基础;1957年由于与李政道提出的“弱相互作用中宇称不守恒”观念被实验证明而共同获得诺贝尔物理学奖;此外曾在统计物理、凝聚态物理、量子场论、数学物理等领域做出多项贡献。

1971年,杨振宁教授以美籍华人科学家的身份到上海光机所参观时,由于未看到国内有关激光的科学研究工作,临行前向周恩来总理进言:“激光的产生是当代科学技术的重大事件,十多年来国际上已经有很大进展和应用,希望国家重视。 ”

激光的最初的中文名叫做“镭射”、“莱塞”,是它的英文名称LASER的音译,是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词头一个字母组成的缩写词。意思是“通过受激发射光扩大”。激光的英文全名已经完全表达了制造激光的主要过程。1964年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激发射”改称“激光”。

激光是20世纪以来,继原子能、计算机、半导体之后,人类的又一重大发明,被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”和“奇异的激光”。它的亮度约为太阳光的100亿倍。

激光的原理早在 1917年已被著名的美国物理学家爱因斯坦发现,但直到 1960 年激光才被首次成功制造。激光是在有理论准备和生产实践迫切需要的背景下应运而生的,它一问世,就获得了异乎寻常的飞快发展,激光的发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生,而且导致整个一门新兴产业的出现。激光可使人们有效地利用前所未有的先进方法和手段,去获得空前的效益和成果,从而促进了生产力的发展。

1960年5月15日,美国加利福尼亚州休斯实验室的科学家梅曼宣布获得了波长为0.6943微米的激光,这是人类有史以来获得的第一束激光,梅曼因而也成为世界上第一个将激光引入实用领域的科学家。

1960年7月7日,梅曼宣布世界上第一台激光器诞生,梅曼的方案是,利用一个高强闪光灯管,来激发红宝石。由于红宝石其实在物理上只是一种掺有铬原子的刚玉,所以当红宝石受到刺激时,就会发出一种红光。在一块表面镀上反光镜的红宝石的表面钻一个孔,使红光可以从这个孔溢出,从而产生一条相当集中的纤细红色光柱,当它射向某一点时,可使其达到比太阳表面还高的温度。

此时距离爱因斯坦提出激光理论已经相距43年才研制出第一台激光器,主要原因是:普通光源中粒子产生受激辐射的概率极小,当频率一定的光射入工作物质时,受激辐射和受激吸收两过程同时存在,受激辐射使光子数增加,受激吸收却使光子数减小。物质处于热平衡态时,粒子在各能级上的分布,遵循平衡态下粒子的统计分布律。按统计分布规律,处在较低能级E1的粒子数必大于处在较高能级E2的粒子数。这样光穿过工作物质时,光的能量只会减弱不会加强。要想使受激辐射占优势,必须使处在高能级E2的粒子数大于处在低能级E1的粒子数。这种分布正好与平衡态时的粒子分布相反,称为粒子数反转分布,简称粒子数反转。如何从技术上实现粒子数反转是产生激光的必要条件。

1961年,中国第一台激光器诞生于王大珩领导的长春光机所。

1972年,杨振宁再度来访问时,中国给了他一个惊喜:中央特批杨振宁到上海参观当时还没有对外公开的上海光机所。杨振宁这才发现,原来中国的科技同行们,早已经开始研究最前沿的激光技术,而且用的都是国内材料,特别是高功率激光装置,全部采用上海光机所自主研发的激光玻璃。而此时,距离中国由王大珩领导的科技团队研制出中国第一台激光器已经11年了。

之后,出于对中国发展自由电子激光的极大关注,杨振宁先生早前参加“X射线自由电子激光的最新进展”报告时指出,XFEL将在21世纪前期取得重大突破性发展,此项技术目前还在发展的初始阶段,正是中国参与的上好机会。他相信中国人的聪明才智,相信党和政府的杰出组织能力,只要给予足够重视,定能在该领域进入世界先进行列。杨振宁先生从1997年5月开始还先后8次给我国有关部门和有关领导写信,呼吁中国尽快开展XFEL的预研究。为此,国家科学技术中长期发展计划相关研究报告已明确建议“立即制订并分阶段实施从深紫外起步以X射线为最终目标的自由电子激光系统总体发展计划”。

同时,杨振宁先生建议于1998年5月4日-22日面向全国有关大专院校和科研单位举办“加速器理论及自由电子激光讲习班”,聘请中心海外客座教授、美国斯坦福直线加速器中心赵午和美国布鲁克文国立实验室余理华主讲。

目前对X射线自由电子激光装置的科学需求十分强烈,对于建设高亮度多用户的新装置存在普遍的呼声和期待。除已经建成的美国、欧洲和日本的大型自由电子激光装置以外,意大利、美国、韩国和瑞士等国家也在建设软X射线到硬X射线的新用户装置。

得益于杨振宁的建言,中国自由电子激光光源已在国际上加速发展起来。2009年,我国世界一流的中能“第三代同步辐射光源”——上海光源(SSRF)的竣工验收,我国也已经积极进行更先进光源的前瞻部署。据悉,今年总长为300米的第四代光源装置“上海X射线自由电子激光”有望在上海张江科技园区内动工,标志着我国大型先进光源的发展进入全新的阶段。

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