沒有實際應用的科學，值得研究嗎？

撰文：Donna Strickland（2018年諾貝爾物理學獎得主）

自從宣布我因啁啾脈衝放大（CPA）而獲得諾貝爾物理學獎以來，它的實際應用受就到了眾多關注。

人們想知道這一發現對他們會有什麼影響是非常可理解的。但作為一名科學家，我希望社會對基礎科學也能同樣感興趣。畢竟，如果沒有那些因好奇心驅使的研究，就不可能存在現在的這些應用。更多地了解科學——為科學而科學——是值得支持的。

與我共同獲得諾貝爾獎的傑哈·莫羅（Gerard Mourou）和我在20世紀80年代中期發展了CPA。這一切都始於他想知道我們是否能將激光的強度加強若干個數量級（或上千倍）。當時他是我在羅切斯特大學的博士生導師。莫羅的建議是對超低能量的超短脈衝光進行拉伸，再放大，然後再壓縮它。作為一名研究生，我必須做的是處理好細節。

CPA可以通過幾個步驟來產生。首先，一束激光脈衝會被拉伸，所以它需要更多的時間。這也降低了它的強度。接下來一步是將脈衝放大，使其強度增加，但不會破壞放大器。最後，脈衝再次被壓縮，增強了它的強度，使它比放大器所能處理的大得多。除了產生更強的激光束外，這種方法還可以使脈衝變得更短。

以徹底改變激光物理學為目標

我們當時的目標是為了徹底革新高強度激光物理領域，這是一個基礎的科學領域。我們想要通過激光來理解高強度光會如何改變物質，以及在這種相互作用中物質會如何影響光。

我用了一年的時間來建造激光器。我們證明了激光的強度確實可以提高若干個數量級。事實上，CPA製造出了有史以來最強的激光脈衝。我們的發現改變了世界對於原子與強光如何相互作用的理解。

大約過了十年之後，現在常見的實際用途才終於得以出現。

眾多的實際應用

由於高強度的脈衝很短，所以激光只會對它所作用的區域造成損害。能得到精確、乾淨的切割，對透明材料來說是理想的結果。在激光眼科手術中，外科醫生可以用CPA切割病人的角膜；它也能幹凈利落地切割我們手機中的玻璃部件。

利用我們對高強度激光的理解，科學家正在研究一種用最強的CPA激光來加速質子的方法。

希望有一天，這些加速粒子能夠幫助外科醫生切除他們現在無法切除的腦瘤。未來，CPA激光或許能將太空垃圾推離我們的軌道，進入會讓它們燃燒起來的地球大氣層，從而避免與那些現役的衛星相撞。

在許多情況下，實際應用往往幾年甚至幾十年地滯後於最初的發現。

愛因斯坦在1917年就寫下了創造激光的公式；但是直到1960年，西奧多·梅曼才發明了第一台激光器。1938年，伊西多·拉比首次測量了核磁共振；1944年，他才因為自己的研究而獲得諾貝爾物理學獎；這項研究導致了核磁共振成像（MRI）的發明，而直到1977年，才第一次出現了對人類患者進行的核磁共振檢查。

實際應用當然值得我們的關注。但在你了解它們之前，首先需要的是研究人員理解的那些背後的基本問題。

基礎科學這個詞可能會給一些人帶來錯誤的印象，讓人們認為它並不會真正影響他們的生活，因為它似乎與任何跟生活相關的東西都相去甚遠。更重要的是，「基本」一詞在非科學的定義中有「簡單」的意思，這削弱了它在基礎科學中的重要性。

我們必須給予科學家資金和時間，讓他們去從事基於好奇心而發展起來的長期基礎科學研究。那些對工業或經濟沒有直接影響的工作是有其價值的。沒人能預計，支持一個充滿好奇心的人去發現新的事物，可以帶來怎樣的驚喜。

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