切開細胞「抓起」一條染色體已成為現實，今年諾獎也算是實至名歸

2018年10月2日，瑞典皇家科學院已決定將 2018年諾貝爾物理學獎授予 阿瑟-阿什金、 傑拉德-莫羅、唐娜-斯特里克蘭等三位科學家。肯定了他們在激光物理領域的突破性發明，請注意，瑞典皇家科學院用「發明」來描述三位科學家的成果，因此這次的物理學獎與2017年有很大的不同。

去年三位美國科學家在引力波觀測方面有重大發現，這是對自然規律的研究成果。而今年的物理學獎授予的是激光物理領域的發明，這三位科學家在發明光學鑷子、高強度超短光脈衝方面有突破性的發明貢獻。

其中阿瑟-阿什金的發明與生物分子領域光學鑷子的應用有關，而傑拉德-莫羅、唐娜-斯特里克蘭則聯合推出了產生高強度超短光脈衝的方法。

乍看之下這次諾貝爾物理學獎似乎比較偏冷門，因為激光物理領域本來與生活就不太搭嘎，也不是網紅學科，但川陀太空認為，這次物理學獎其實很有看頭。

我們先來說說阿瑟-阿什金的光學鑷子。這個技術顧名思義，利用光壓或者稱之為輻射壓力產生推動力，光學鑷子就是一種基於激光技術捕獲和操縱粒子的方法。技術溯源當然就是大名鼎鼎的約翰內斯-開普勒在1619年提出的光可以施加壓力的想法。如果你還不理解，那麼應該知道彗星的尾巴為什麼總是朝向太陽，這就是光壓作用的結果。

彗星攜帶的大量塵埃和氣體分子受到太陽輻射光壓作用，產生了彗尾，並且永遠指向太陽的相反方向。到了1873年，麥克斯韋基於電磁理論表面光是可以產生壓力。

到了21世紀初，Gordon F. Hull等人最終驗證了光壓的存在。當然我們日常是感覺不到光壓，誰要是說光粒子打在他身上很疼，那他一定來自未來。

因為光壓技術的應用範圍極廣，上至星際航行，下至細胞中捉鱉，都可以用到。星際航行的光壓應用已經開始了，日本研發的世界上第一個光壓驅動探測器伊卡洛斯號在2010年前往金星，該飛船的太陽帆厚度為7.5微米，相當於頭髮絲的十分之一。

理論上伊卡洛斯號的光帆可受到0.2克的光壓，相當於一枚日元硬幣的五分之一重量。在幾乎沒有摩擦力的行星際空間中，這點壓力還是很可觀的。川陀太空調查發現，伊卡洛斯號在一個月里利用光壓前進了36公里，如果光帆面積足夠大，探測器的質量又只有1克，那麼依靠現有的科技理論上可以加速到光速的20%，這就是霍金突破攝星計劃的技術基礎。

你肯定會說光帆技術距離我們很遠，要實現霍金的夢想估計還得上百年時間。但也有近的，2013年8月，美國宇航局開普勒系外行星探測器兩個反作用輪故障，導致這具價值6億美元的空間望遠鏡在5000萬英里外等死。

5000萬英里是什麼概念，從來沒有宇航員能夠去那麼遠修理，所以開普勒望遠鏡本是該死。結果工程師設計了一個很巧的方法，利用太陽光光壓穩定航天器，但開普勒望遠鏡需要運行到幾乎與黃道面平行的軌道上，光壓拯救了這個價值6億美元的空間望遠鏡。如果我們缺乏對光壓的認識，那麼只能放棄。

阿瑟-阿什金所研發的光鑷也是利用了光壓，原理都是一樣的，只不過一個是太陽光光壓，一個是激光。阿瑟-阿什金的光鑷可捕獲微米級的尺度物體，例如微米級聚苯乙烯或硅膠珠可以直接用光鑷捕獲。

阿瑟-阿什金在單光束光鑷領域至少研究了30年以上，從1986年第一篇論文開始，但今天我們能夠實現為微米細胞的操控，對單分子亞納米級精度的測量，都是阿瑟-阿什金的功勞。阿瑟-阿什金的光鑷工具發明在細胞生物學上得到了很大應用，就像阿瑟-阿什金所說的，我們總有一天可以移動細胞器，使用光鑷和光刀可對細胞進行手術。

果不其然，今天我們已經通過光鑷切開細胞，分選單挑染色體。比如水稻的染色體長度為2微米，如此小的尺寸你連細胞流式儀都不能分離，得先用脈衝激光刀破損，然後用光鑷捕獲。抓住一條染色體之後脫離，實現單染色體分離。

這招的核心就是用光鑷操控，你沒這個工具當然就無法實現分離。我們今天已經能夠用光鑷和光刀對任何一種細胞的染色體進行分選，或者直接從活體細胞內提取，坦白的說，這算不算細胞界百萬軍中取上將首級。

傑拉德-莫羅、唐娜-斯特里克蘭的高強度超短脈衝激光讓一些大型激光器才能完成的任務變得更加平民化。所謂的超短光脈衝是皮秒和飛秒級光脈衝，可以讓我們在原子和電子級別上觀察到粒子的運動。

因為高強度超短脈衝激光作用下，物質會變成等離子體，輻射出不同波長的激光，開創了研究單個原子運動過程的先例。高強度超短脈衝激光另一個用途就是醫學領域，激光視力矯正手術就是利用超短脈衝激光，可精確到對單個細胞進行手術，不會損傷組織。

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