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同写一篇关于激光在医学上可能应用的论文。我们写了一篇文章,我们没有提到激光在医学中的一个重要的应用,就是将脱落的视网膜再植。将一束激光射入眼球中,视网膜脱落的位置,它就会被再植。手术几乎不需要麻醉剂,非常迅速,并且可以完全根治脱落的视网膜。我在这篇文章没有谈到此事,因为我从未听说过视网膜脱落,所以我怎么能预见它呢?但应用的人看到了它的可能性;这是激光在医学方面最早的应用之一。我对这一点感到满意和振奋。一些人到我这来说,你知道吗?激光治好了我的失明。它让我重见光明。现在我提到了一些在工业和医学方面的用途。在医学领域,它有许许多多的用途。它可以被用作外科手术工具,它可以切割和缝合血管,它可以非常好的切开并且很好的缝合血管。有各种各样的医学用途;当然,在工业上,这是一个非常大的产业。这个产业非常大并且它还在不断地增长。我常说激光还处于青春期。我们看到激光是非常灵巧的,它能做很多事情,并且已经做了一些事。它还会长大,它还会做很多我们目前所想不到的事情,所以激光还处于青春期。我们知道它能做很多事情,但这仅仅是一个开始,它还要成长壮大。而且你们当中的一些人将会决定激光还能做些什么。开发新用途,发明新用法,完善激光的使用。现在有很多类型的激光,许多人对激光做出了贡献。激光是在科学家集体的贡献下成长起来的,所以有不同种类的激光。他们有许多科学和技术方面的应用,在科学方面它是一个非常好的工具。我就在光谱学中用这个工具。一个德国的物理学家海因茨测量了氢原子的频率,其精确度可以达到千兆分之一。这非常精确了。以至于我们可以指望用它来测量一些物理常数,看看这些常数一年中是否发生变化。人们认为这些物理常数在宇宙的一生中可能一直在改变。如果事实是如此的话,现在我们就可以在一年的时间里看出这些变化。激光可以测量极短的时间,我的一个朋友在用激光观察分子的反应,可以在极短的时间内对它们进行测量。在分子的反应过程中你可以观察分子,他因此获得了诺贝尔奖。实际上,从第一个在这方面获诺贝尔奖以来,又有12个诺贝尔奖授予了那些把微波激射器和激光器用作科学工具的人们。
现在我仔细来谈一谈科学给我们带来的惊喜。我们进行探索,还会发现什么,我们永远不知道。这是不可预测的。但我想提及另外一种发现,它也使惊喜,让我们更多地了解激光器和微波激射器。当我开始研究天文学的时候,我想在微波领域进行天文学的研究。早期和我工作的一个学生叫阿尔伯特陈,也是一个中国人,他住在香港。他来和我一起工作,他同意用微波来寻找空间中的分子。他发现了空间中的第一个复杂分子,这,开创了天文学中的一个很重要的领域。除此之外,他还发现了太空中的第一个微波激射器,第一个空间中自然的微波激射器,数量很多。我们现在知道,太空中自然产生的微波激射有100多种不同类型。它们存在已经有几十亿年了。太空中还有激光器,激光器在太空中产生光和红外线。早在20世纪30年代,我们就可以用当时的技术探测那些微波激射器和它们发出的辐射。因为它们是在微波区域很强的光束。如果我们再大胆一些,再好奇一些,我们在20世纪30年代就可以探测到来自太空的无线电波了。但是人们当时没有那么做,我们还没有发明出微波激射器和激光器。太空激射器几十亿年前就存在了。如果我们早发现了它们的存在,我们就会问自己,为什么有这么强的光呢?我们会对此进行思考,人们会说:啊,因为分子受到了激发,光被放大,也许我们在地球上也可以做到。这样通过研究来自太空的微波,我们就有了另一种途径来发现非常非常亮的光源,那就是另外一种惊喜了。
现在你们已经听到了这个有趣而复杂的故事。很有趣,我觉得我很幸运。做科学工作很好。这也是为什么我建议你们想想你们喜欢干什么。我喜欢做研究发现新事物。你们最喜欢做什么呢?你们会不会也认为那是很重要的?这样你就会有很多的乐趣并尽力做得最好。祝你们好运。
主持人:好!谢谢87岁的老爷爷,给我们带来了这么好玩儿的关于激光的故事,下面咱们看一下,来自凤凰网站的网友对您的提问。
第一位网友叫做“扭曲的房间”,他说听说日本的日亚化学工业公司,从四月起已率先进行了紫色半导体激光器的批量生产,他计划是月产十万只,这种激光器可以作为新一代DVD的写入装置,因而引起了家电行业的广泛关注,汤斯先生能否告诉我,激光怎么能让我们看VCD和DVD呢?而日本人把这种紫色的半导体激光器用于DVD和现在的DVD有什么不一样吗?
汤斯:是的,确实激光这方面用的时间非常长,进行光盘写入。人们把激光聚焦并形成脉冲,就可以获得每秒很多很多的脉冲,所以激光就可以产生很多的信息,如果把这些脉冲打在一个盘上,这个脉冲会改变其中的化学成分和它的形状,这就是说你记录了这些脉冲,此后还可以在再把它们读出来。激光可以记录你要的任何东西,就像照片一样。照片就是在这个上面弄出来很多的点,后来这些点就组成了一些信息,然后你用光照上去,你又看到了它 。所以激光可以非常有效地用来写信息和读信息,特别是对大量的信息,这非常有效,而且节约空间。
主持人:另外这个网友他还问,他说,这个日本的紫色半导体激光器您听说过吗?
汤斯:是的我听说过。基本上日本人所做的就是增加光的频率,是它达到更高的频率。在我们开始制造微波激射器的时候波长是1厘米,然后波长越来越短到了可见光区域。我们有可见光波长的微波激射器已经有一段时间了,但大多数微波激射器都是红光的。红光的波长比蓝光的波长长。人们想得到蓝光波长,这样做有几种方法。你可以增加红光的频率来得到蓝光波长,这样的激光器是非常强的,他们可以产生所谓的非线性效应。所以你可以使这个频率增加两倍、三倍等等,达到更短的波长。这就是产生蓝色甚至是X射线激光的一种方法之一。我认为日本人制造了一种半导体可以直接产生蓝光。从半导体中直接产生而不是使频率加倍,这是一个重要的发现。这实际上是如何找到一种有足够大的能级差的半导体,而且这个能级差适于产生这个频率。这是一个重要的技术进步,但是它没有什么根本的改变。
主持人:好!接下来呢,下面现场观众朋友可以有什么问题直接跟汤斯先生聊聊?
观众:汤斯先生您好,刚才您在报告中提到您想做科学不想做工程,然后我的问题就是,想问一下您认为科学和工程的区别是什么?还有就是,对于科学家和工程师,他们各自应该具有什么特点,各自应该具有什么素质?这是我要提的第一个问题。第二个问题就是,您作为激光器的发明人,您对现在新型激光器它的研制和激光器的应用,它们的前途,它们的前景有些什么展望?谢谢。
汤斯:我想第一个问题涉及我对工程的态度。工程是非常重要的,正如我早些时候所说,了解工程对于我来说非常重要。正因为如此,有了微波激射器和激光器的发明,因为我对工程的了解比那个时候大多数的物理学家都多。但另一方面,我更喜欢作为一个科学家,进行开放式的探索。工程是你想造出那些能够帮助别人的东西等等。我曾作为一个系统工程师设计雷达,这很有趣。一些人非常喜欢它。我的一个女儿是机械工程师,我对此感到很高兴。工程很有趣,但我个人更愿意尝试解决未知的谜团,探索新事物。其他人会觉得设计和建造那些马上对人们有用的东西,能给他们带来满足感。比如说设计一栋楼等等。工程和科学都是既有趣又有价值的。这取决于个人认为哪个更有意思更有趣。我们可以从事任何一个,但是两者之间总是有紧密联系的。科学和工程是非常紧密联系的。工程使用知识,有时工程也发现新知识。科学发现新知识,有时也能知道工程是如何使用这些新知识。我相信大多数科学家都认为工程是利用他们的新发现,这在某种程度上讲是对的,但反过来也是这样。让我给你们举个例子吧。我的一个学生和一个贝尔电话实验室的工程师,被要求找出无线电和微波噪音的来源,这在技术上很重要。工程师想知道噪音的来源以便降低噪音,这样通讯能够更好。他们对噪音进行了仔细的研究,做了高质量的工作,也做得很仔细。他们寻找噪音的来源,噪音来自于哪里?是什么?他们发现噪音来自天空所有方向,从天空所有方向都有均匀数量的噪音,它们是什么呢?他们发现了大爆炸,我们宇宙的起源。你看,这是一个非常基本的科学研究,即发现宇宙的起源。宇宙起源于大爆炸。大爆炸产生了很多能量,产生了微波和噪音。150亿年前发生的大爆炸所遗留的微波至今还在那儿,还在不断地来到地球。所以他们作为工程师却解决了最重要、最基本的科学难题。他们也因此得到了诺贝尔奖。所以工程有时可以发现新的科学,科学有时也可以发现重要的工程问题。两者都非常重要,我认为有一些人喜欢科学,有一些人喜欢工程,两者我们都很需要。
主持人:激光未来的问题。
汤斯:我认为激光的未来非常光明。我可以猜测可能完成的一些事。我们一定要增加激光的功率。人们估计我们能把激光功率增加一百万倍以上,所以我们会从目前的千兆瓦增加到十亿兆瓦,真是太棒了!它把我们带到了物质的新领域,这非常激动人心,也非常有趣。我也预测如果我们想同其它的星球进行沟通,激光束可能是最好的办法。我相信有可能制造出足够强的激光束。如果有人用它在其它星球上朝我们照来,在晚上我们就可以用肉眼看到它。来,我们晚上出去看一看,哪儿在闪烁,就是告诉我们哪儿有人。实际上有很多天文学家用望远镜来得到更高的敏感度,寻找来自其它星球和生物的光波。激光越来越强有力,也越来越精确,我们可以用它来做很多新的科学研究。我就一直这样做,我在天文学中用激光测量星星的大小,这是激光的另外一个新用途。还有许许多多的激光的用途。所以我说激光还很年轻,他们就像一个青少年。是的,我们知道他们是非常强有力的,我们还可以用它来做很多事情。它会继续成长,帮助我们做很多事情,然后进入老年期。我想我们发现了很多利用激光的方法。我认为它们会继续发展50年。不断拓展应用,人们会发明新型激光,更好的激光,更便宜的激光,更强有力的激光,更精确的激光等等。我很高兴有这么多的人都在这方面进行工作,拓展我们的知识。
主持人:好,谢谢!
观众:教授你好,我是清华大学物理学系的学生,很荣幸听到您的讲课,刚才您在您的讲演中提到您在宇宙空间中发现很多的微波激射器,我很好奇,您能具体解释一下宇宙空间中的微波激射器产生的原理是什么吗?因为我知道微波激射器还是激光发射器,对于共振腔尺寸的要求实际上是很高的。我就很奇怪,如何在自然界能够产生这样的微波激射器?谢谢!
汤斯:这是个很好的问题。因为大部分的微波器和激光器都有共振腔。但是如果没有共振,只有激光束的放大,我们也把它叫做激光器。当光束前进的时候得到放大,这个过程是相同的,它得到的放大不像在一个腔中得到的那么强。光束来回反射可以得到更多的能量。如果光束只走一次,也可以得到能量,我们仍然可以称它为激光器或微波器。这就是在星际空间中存在的那种类型。原因之一是,在星际空间中热平衡并不是很普遍的,有很多的激发存在。分子和原子不处于热平衡状态,所以在充满能量的空间当中可能有过量的分子。如果一束微波从一处出发,穿过这群分子,它就会被激发和放大。这就产生了放大,从而得到非常非常强的微波束,这就是没有共振腔的微波发射器或激光器。 观众:您好,汤斯先生,感谢您为这世界带来了激光,也感谢您带来激光给这个世界发生美妙而奇特的变革,但是您是否想到激光技术已经应用到了军事领域,成为屠杀人类的一种工具,比方说前天,我看到了美国的一家…美国它正利用这