万物的起源，科学的利剑——光

——记沈元壤院士《History of Light and A New Era of Optical Science》讲座

文/刘星辉  图/张家明

       2019年6月17日下午13:30，应国科大350vip浦京集团物理系原子分子物理与光学教研室金奎娟主任的邀请，中国科学院外籍院士、美国国家科学院院士，现工作于美国加州大学伯克利分校的沈元壤先生在雁栖湖校区教1-108教室，为我院师生带来一场题为《History of Light and A New Era of Optical Science》的学术报告。本次讲座由物理所的许秀来老师主持。

       沈老师报告的主要内容是光学的发展历史，大致分为三部分：神话时代的传说及古代人们对光的认识、光的波动性和粒子性的争论、现代科学中激光的发展和作用。

       沈老师首先介绍了古代光的传说和文艺复兴前光学的发展。远古时代东西方神话中皆出现了太阳神；约公元前400年，墨子第一次系统阐述几何光学；而在墨子去世100多年后，欧几里得写出了《光学》、托勒密提出了反射和折射定律。欧几里得和托勒密的理论一直持续到公元十世纪才被推翻。彼时，欧洲正处于黑暗时代，文艺复兴要一百年后才到来，但光学的启蒙时代却到来了。伊本海塞姆实验证明视觉是由于物体反射的光线进入人的眼睛引起的。十六世纪，开普勒发现了光折射定律，随后斯涅尔和笛卡尔对折射定律进行实验和理论上的证实，自此，通往光学真理的大门打开。

       其次，沈老师讲述了关于光的波动性和粒子性旷日持久的论战。胡克首倡波动说，牛顿提出微粒说。粒子说和波动说的论证源源不止：惠更斯原理、托马斯･杨的双缝干涉实验、泊松亮斑的发现、爱因斯坦的光电效应、密立根的实验、康普顿散射实验等等，光的波动性和粒子性均有不可推翻的实验证据存在。科学家开始接受光既有粒子性又有波动性的说法。随后，利用连续单光子源进行的双缝实验更是证实了光的波粒二象性。

       然后，沈老师介绍了激光器发明以来光学研究的快速发展及广泛应用。1960年，美国物理学家梅曼发明了第一台红宝石激光器，其后各种激光器件高速发展，光源的进步使得光学领域的研究更深入、更广泛。比如：基于非线性晶体参量下转换产生的纠缠态光场可用来实现量子信息的传输；利用高强度的激光产生等离子体通道诱导闪电；高强度激光加速电子；利用迈克尔逊干涉仪对引力波进行的精密测量；突破衍射极限的显微镜在生物成像领域的应用；以及超短超强激光诱导核聚变。

       讲座最后，与会师生就未来光学发展趋势的问题向沈老师进行了探讨，沈老师对所提问题进行了认真详细的解答。本次学术报告十分精彩，在同学们热烈的掌声中圆满结束。