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今年的諾貝爾物理學獎頒發給了光學領域的三位科學家。他們是馬薩諸塞州劍橋市哈佛大學的羅伊·格勞伯、科羅拉多州博爾德市科羅拉多大學和國家標準與技術研究所的約翰·霍爾,以及德國加興馬克斯·普朗克量子光學研究所和慕尼黑路德維希-馬克西米利安大學的特奧多爾·亨施。格勞伯因其對光粒子的行為的理論描述而獲獎;霍爾和亨施利用該理論開發了一種精密雷射器,可以測量原子和分子的光顏色,這有助於識別材料的成分。
光是無處不在的,也是許多人認為理所當然的東西。但它具有以兩種形式表現的悖論性——波和稱為光子的粒子流——這使得為了技術目的利用它成為一項挑戰。在雷射器發展出來之前,科學家們依靠 19 世紀的理論來描述受激原子和分子如何發射光子。但這些描述是不充分的,無法解釋,例如,從燈泡發出的光(包含光波頻率和相位的混合物)和從雷射器發出的光(具有特定的頻率和相位)之間的根本區別。
1963 年,格勞伯發表了兩篇關於該主題的突破性論文。他展示了傳統理論是如何不充分的,並利用新興的量子光學領域揭示了燈泡和雷射器之間的區別。幾十年後,霍爾和亨施分別工作,利用格勞伯的理論構建了一種稱為光學頻率梳的高精度裝置,它可以測量原子和分子發射或吸收的顏色。宇宙學家使用這項技術來確定光和物質之間相互作用的強度。這種所謂的“精細結構常數”的變化可能會重新定義後者。雖然這看起來似乎沒什麼大不了的,但認識到這些變化可能有助於改進通訊技術中的導航訊號,而通訊技術正變得像光本身一樣普及。