普利希娜小姐和激光

1990年，有一位绝世美丽的“小姐”走上了科学T形台，引起了科学家高度的关注。这位小姐姓甚名谁？且听我们慢慢讲来。

（1）普利希娜小姐走上T形台

1990年2月，美国《科学》（Science）杂志第247卷539页发表了一篇令世人震惊的文章。文章的标题叫《单个基本粒子结构的实验》（Experiments on the Structure of an Individual Elementary Particle），作者是西雅图华盛顿大学的德默尔特教授（Hans Dehmelt，1922— ，1989年获得诺贝尔物理学奖）。德默尔特素以对基本粒子（尤其是电子、正电子）物理量的精密测量闻名于世。

这篇文章之所以令世人震惊和激动人心，是因为德默尔特成功地捕捉到一个正电子，并将它完好地保存达3个月之久。这是前所未有的巨大技术成就，因为我们知道，作为普通电子的“反粒子”——正电子，尽管它是稳定的粒子，但出于两点原因而难于捕捉。原因之一，在自然界中几乎不存在正电子，只有神秘的宇宙射线中携带极微量的正电子，实验室中只有巨大的加速器和对撞机才能产生较多的正电子束可供研究。另一个原因则是，正、反粒子相遇，立即发生湮灭，化为一缕青烟转变成光子，消失得无影无踪，即：

e+ + e— → 2γ

正电子 电子 光子

自然界中处处都是正物质，到处皆有电子，想要保存正电子是极其困难的事情。迄今为止，不管宇宙射线中的正电子，还是实验室产生的正电子，在自然界存留的时间都极其短暂，几万分之一秒的时间都不到。这也是人们迟至1932年才发现它们的原因。

然而，德默尔特却在1990年捕捉到了正电子，而且还能让其“芳影”独自待了3个月之久。这难道不震惊世人？这显然是技术上巨大的成功。德默尔特哪里会不知道这一点，所以他万分钟爱这个“囚禁”达3个月之久的正电子，并极尽能事地为“她”取了一个美丽的芳名——普丽希娜（Priscilla）。

德默尔特颇为得意地说：“这个基本粒子被赋予的种种特性大体上是全新的。因此应该像为宠物取名一样为她取名，并希望由此得到大家的承认。”

“Priscilla”是英语中女士的名字。德默尔特为这个“正电子”取这样动听的淑女的芳名，足以看出他对这位“小姐”真可谓情深意长呀！

德默尔特是如何捕捉正电子并将它保存3个月之久的呢？原来他用的招数是一种新的激光冷却（laser cooling）技术，它可以使得原子或者其他要研究的粒子在空中飞行的时候被“冷冻”住，然后设下激光陷阱（laser trapping）把原子或粒子捕捉住，并使它们被固定在空间某个地方“囚禁”起来。这种技术现在已经被广泛展开，在澳大利亚昆士兰大学的实验室里，囚禁着不少铷原子呢。而且这门技术已经成为现代物理学里发展最快的领域之一——原子光学的基础。

为此，我们先要讲一讲激光是如何在量子理论的基础上产生和发展的。激光是量子力学一个奇迹般的伟大成就，它使人们深刻认识到基础理论的研究是多么重要！

（2）激光是怎样产生的？

激光（laser）是“由辐射的受激发射引致的光放大”（light amplification by stimulated emission of radiation）的缩写。在激光之前，物理学家先发明了微波激射，它是“由辐射的受激发射引致的微波放大”（microwave amplification by stimulated emission of radiation）的简称，英文的缩写是masser，所以也有人称“微波激射”为“脉塞”。激光和微波激射一样，都是建立在量子理论的基础之上的。

玻尔的量子理论指出了分子和原子是怎样吸收和发射光的。原子和分子中的电子以一种非常特殊的方式储存能量——把能量保持在一些精确的分立能级上。

一个原子或者分子要么处在“基态”（ground state）的最低能量状态上，要么就处在一系列由量子理论决定的“激发态”（excitation state，它们有较高的能级）之上。但原子或者分子决不会停留在这些能级之间的什么状态上。这就意味着，它们只吸收（或者发射）某些特定波长的光，因为光的波长决定了单个光子的能量。

（图18—4）光子吸收（图a）、激发（图b）和激光运行（图c）示意图。

图（18—4）的图a表示当一个原子在基态（黑点所在的下方直线）吸收了一个光子（带箭头的波纹线），它就被激发了，上升到一个较高能量的状态（黑点所在的上方直线）。然后，激发了的原子就会自发地辐射能量，发射一个光子并回到基态（图b），其波长正好等于它们能够吸收的那些光子的波长；这后一过程通常是自发的，这就是我们通常用的电灯里的分子或原子发热时发射的光。

1906年，爱因斯坦就预言了光子的受激发射（图c）。受激辐射是激光运行的基础，这里把它同常见的吸收和自发发射过程放在一起，便于互相对比。受激辐射首先是由爱因斯坦根据基本的热力学考虑认识到的；如果电子已经处于一种激发状态，而且被一个有着合适能量的光子撞击，这时就会辐射两个光子：一个是原来的光子，一个是与原来光子完全一样的一个光子。在这个过程中，不仅光子加倍，而且这两个辐射量子完全匹配，或者说“相干”（coherent）。也就是说，第二个光子的波与激发这个辐射的光子位相完全一致。这些光子还会撞击其他受激原子，结果就会得到更多的受激辐射，以一种链式反应的方式放大光束。

但是，光通常会被物质吸收，这仅仅是因为物质里处在较低能量状态的原子数N1，几乎总是比处在较高能量状态的原子数N2多，即吸收的原子比发射的多。这就是为什么我们不能指望用光束照射一块玻璃，就能够在另一侧看到比射进去时更强的光。如果能够让N2 > N1，即实现“粒子数反转”（population inversion），就有可能让受激辐射发生。

图（18—5）红宝石柱体里产生级联发射的示意图和说明。红宝石激光器的红宝石柱体用来放大受激发射的光波，产生一种光子的级联发射。在级联过程发生之前（图a），红宝石中的原子（黑点）处在基态。抽运光（图b里的黑箭头）被吸收了，并且把大多数原子提升到激发态（黑点）。虽然有某些光子跑到红宝石外面去了，但当一个被激发了的原子自发发射出一个光子（与红宝石柱体轴平行的箭头）时，级联过程就开始了（图c）。这个光子激励另一个原子，使它贡献出第二个光子。当这些光子在红宝石的两个端面来回发射时，这一过程继续不断扩展（图d和图e）。红宝石的右侧端面只是部分反射的，于是当放大达到足够强的时候，穿出右面的光束就会很强。（以上图文摘自汤斯：《激光如何偶然发现——一名科学家的探险历程》，12页。）

从爱因斯坦预言到制造出第一个类激光的设备，物理学家用了近40年的时间，这是什么原因呢？其中部分原因是从事基本理论研究的物理学家和从事应用的物理学家之间很少有联系。第二次世界大战以后，他们之间才有了经常的合作。另外的原因是大部分专家认为这一效应似乎没有什么实际的用处。

当然，也有两个科学上的困难。第一，对于给定的物质，只有大多数原子处于激发态（即“粒子数反转”）才可能发生受激辐射。但是，在通常的情形下物质中只有少数原子处于激发态。第二，并不是每一个受激能量状态都能够引起受激辐射。在原子里有许多相互竞争的过程同时发生，它们都会影响原子的激发态，合适的设置应该消灭或者尽量减小不利的影响。

1954年，美国物理学家汤斯（Charles Townes，1915— ，1964年获得诺贝尔物理学奖）发明了一种设备，它可以克服上述两个困难。他把受到激发的氨分子隔离起来，然后用微波轰击它们，测量证明输出的微波能量比输入的微波大许多。这个设备被称为“脉塞”。脉塞有规律地连续输出微波，物理学家把它用作第一代原子钟的频率标准。

与此同时，俄罗斯物理学家巴索夫（Nikolai Basov，1922—2001，1964年获得诺贝尔物理学奖）和普罗霍罗夫（Alexander Prokhorov，1916— ，1964年获得诺贝尔物理学奖）也独立地发明了同样的设备，后来还发明了半导体激光。哈佛大学的布罗姆伯根（Nicholas Bloembergen，1920— ，1981年获得诺贝尔物理学奖）证明，固体脉塞可以精细调频，结果它成为原子光谱重要的研究工具，在射电天文学里发挥了重要作用。

（3）汤斯和激光发明的故事

上一节我们简略地介绍了激光作为放大器的机理，我们可以看出激光的发明与量子力学的发展紧密相关：没有量子力学的建立和发展，就不可能出现激光；反过来，激光的发明又证实了量子力学理论的正确性。激光的发明与美国物理学家汤斯的研究关系密切，其中有许多有趣和有启发意义的故事。

在这张照片里，脉塞发明人汤斯正在哥伦比亚大学辐射实验室调整他的第二台改进了的脉塞。

1935年，汤斯的学习和就业开始都似乎很不理想，这年在一所完全没有名气的富尔曼大学毕业以后，到杜克大学读硕士。1936年得到硕士学位以后原想留在杜克大学做研究，没有成功，只好到加州理工学院攻读博士学位。1939年得到博士学位以后原想到大学任教，继续做研究，实现自己的科学家梦。但是，却被贝尔实验室录用。虽说贝尔实验室工资很高，但是汤斯觉得自己的科学家梦想恐怕实现不了了，因此郁郁不欢。

但是他没有想到，这两次的不顺却正好让他实现了科学家的梦想！后来汤斯说：

没有得到第一流大学的职位，在我说来又是一次塞翁失马的故事，正如我没有得到杜克大学的研究职位，却让我在加州理工学院获得丰硕成果一样。当然，谁也不能预知什么样的失败背后其实隐藏着真正的成功；因此，最好的做法就是仅仅去做在当时看来还算对头的事情。深思熟虑后再走向失败是愚不可及的！不过，知道下面这一点也是很有价值的：当你心里怀着失败的感觉时，后来的结果却可能是非常美妙的。

为什么这样说呢？原来，在第二次世界大战期间，贝尔实验室承担研究雷达的军事任务，汤斯因此被委派研究雷达。这样，他被迫接触到微波，在工作中熟悉了微波和微波波谱学，并且是作为一个工程师的角色来熟悉的。他当时没有想到，正是这种研究工作和角色，使他在战后以一种非常有利的地位继续研究微波和有关的器械，并终于把他引向了发明微波激射。

1948年1月，汤斯被哥伦比亚大学物理系聘为副教授，在辐射实验室工作。这所实验室是在战争时期作为微波发生的一个中心而创立的，校长拉比（I. I. Rabi，1898—1988，1944年获得诺贝尔物理学奖）兼任实验室主任。汤斯非常满意到大学任教，说：“完全适合我本人的口味……哥伦比亚大学的科学家们有无穷的创造力。”

1951年4月26日是一个汤斯难忘的日子，这一天美国物理学会要开一次会议。汤斯家里有年幼的女儿，“习惯于早起”，这一天黎明时分他一个人到富兰克林公园“享受清晨”。后来他回忆说：

晨曦中的空气真是清爽。在人烟稀少的富兰克林公园附近，有一片美丽的红白相间的杜鹃花，怒放的花朵上凝满了露珠。我在花丛中找到一条长凳坐下。这个远离尘嚣的地方出奇地安静和美好。然而，我的脑海里依然萦绕着这样的问题：“为什么我们的研究就是没能取得任何突破呢？最根本的障碍究竟是什么呢？”

正是这“怒放的花朵上凝满了露珠”的早晨，让他得到了灵感，使他考虑到微波受激放大发射。这其间的思想过程就不仔细讲了，那太学术化，难懂。总之，汤斯想到了将受激辐射放大，并且启动了一个微波激射器的计划，有戈登（James Gordon）做他的助手。在他们努力实现自己的设想时，他们受到很多权威人士的质疑或坚决反对。大学物理系新、老两任主任拉比和库什（Polycarp Kusch，1911—1993，1955年获得诺贝尔物理学奖）属于坚决反对者。汤斯回忆说：“当我们在这上面工作了约莫两年后的一天，拉比和库什来到我的办公室坐了下来。这两位是前任和现任的物理系主任，并且都由于原子束和分子束方面的工作而获得过诺贝尔奖，他们的意见是很有分量的。他们很担心。他们的研究项目依赖着与我同一来源的资助。他们说：‘看来，你应当停止你们正在做的工作。它是行不通的。你知道它是行不通的，我们也知道它是行不通的。你们正在浪费金钱，把它停了吧！’问题在于，在他们眼里，我仍然是分子束领域里的一名门外汉。那是由他们把持的领域，他们并不认为我完全掌握了这方面的物理知识。”

其实，汤斯由于一段时间成了工程人员，他的见识已经与拉比、库什有许多的不同。大名鼎鼎的玻尔和冯·诺伊曼属于质疑者。当微波受激放大发射器已经实验成功以后，汤斯在哥本哈根把这件事情告诉玻尔，没有想到玻尔对汤斯大声地说：“那是不可能的！”有趣的是冯·诺伊曼听了汤斯的介绍，也宣称：“那不可能是对的！”哥伦比亚大学著名理论物理学家托马斯更是拒绝听汤斯的解释，在微波激射器成功之后，他遽然不再和汤斯说话。还有一位年轻的物理学家跟汤斯打赌，赌注是一瓶威士忌。最后汤斯得到了这瓶威士忌。

读者可能有一个疑问：为什么包括玻尔、库什、拉比和冯·诺伊曼在内的著名物理学家会反对或质疑微波激射器呢？原来，他们也自有他们的道理。问题的关键在于微波受激放大的辐射不仅放大了强度，而且产生的辐射频带非常狭窄（这正是微波受激放大辐射和后来的激光的特色和优点），这就与量子力学里的一个基本原理“发生了矛盾”。汤斯对此在回忆中说：

这样的一些异议，其实并不是对于物理学中未知方面的随意评说。它们来自这些人的骨子深处。这些反对意见是以一条原理——不确定性原理——为基础的。海森伯不确定性原理是量子力学的一条中心原则，是20世纪上半叶物理学创造力非凡进发期间得出的核心成就之一。它是量子理论里不可缺少的支柱，就像经典物理学中的牛顿诸定律一样。……

许多物理学家沉浸在不确定性原理之中，乍看起来，微波激射有那样的性能是完全不合情理的。那些分子在一台微波激射器的空腔里度过的时间如此之短（只有大约百分之一秒），因而在那些物理学家看来，它辐射的频率也不可能限制得那么窄。但这正是我要告诉他们的在微波激射器里所发生的事情。

对这些误解，汤斯认为：“有充分的理由可以说明，不能如此简单地把不确定性原理运用在这里。微波激射并没有告诉我们任何一个特定的、明确标记的分子的能量或频率。当一个分子被激发而辐射的时候，它产生的必定是与激发辐射精确相等的频率，这一点与自发辐射有所不同。此外，一台微波激射振荡器里的辐射，代表着聚在一起发挥作用的大量分子的平均效应。每一个单独的分子依然没有个性特征，没有被准确测量或跟踪。微波激射的精度来源于那些把不确定性原理的要求抹平了的原理。”

汤斯在另一本书《创造波浪》（Making Waves）中简单明了地写道：

我还记得在振荡器成功后就这个问题与玻尔和冯·诺伊曼展开的重要讨论。他们俩都是一开始就问我，不确定性原理怎么会允许这么窄的频率。我的解释建立在分子集合而不是单个分子的基础上，玻尔马上表示接受。不过我一直不确定，他如此容易被说服，到底是因为他确实认为我的解释合理，还是仅仅出于对一个年轻科学家的友好。

在几年的艰苦努力中，有志同道合者的鼓励和期望，也有很多很多反对者和质疑者，但是汤斯相信自己一定会成功。1954年4月初，第一台微波激射器诞生了，“时间在库什坚持说它行不通的三个月之后”。汤斯回忆说：“看到它确实在工作，库什惊讶不已。”还好，库什没有像托马斯那样从此不理睬汤斯，而是对汤斯说：“我本应该认识到，您可能对自己在做的事情了解得比我更多。”

微波激射器成功之后，汤斯又决定制作可见光激射器——激光。这并不是一件容易的事，汤斯的脉塞的微波是厘米级，可见光波长只是其10万分之一。结果他们被美国物理学家迈曼（Theodore Maiman）甩在了后面。迈曼在1960年制作出第一个可以使用的激光器，这种激光器直到今天还在被广泛使用。

这个激光器使用的材料是红宝石柱体。红宝石是铝和氧的化合物，还掺有一些铬的杂质，为的是让晶体呈现红色。为了使大多数铬原子处于激发态，迈曼在红宝石柱体外面缠一个闪光灯，在螺旋式的灯管里充以氙气，灯管里电流的每一次脉冲通过氙气，其发射的光子就像“泵”一样，把铬抽运到粒子数反转的状态。红宝石柱体一端装一面镜子，这样成对的光子撞上它的时候就会直接反射回到柱体里，可以激发更多的辐射。柱体的另一端涂上薄薄的银膜，灯管每一次闪烁时就有速度很快的相干光穿过半镀膜。

这是1960年5月迈曼在休斯研究实验室（Hughes Research Laboratories）制作的红宝石激光器的原品。净长5英寸，激光束产自被激励的柱状红宝石（氧化铝），而激励则来自缠绕在柱状红宝石上的闪光灯。柱状体的右端被一镜子封闭，激光光子在飞行时被反射回到柱状体内；左端涂以半镀膜，于是有一些光子被反射回柱状体，有一些则逃离柱体，被称为激光光束。

1960年5月16日，休斯研究实验室的迈曼制成第一台激光器；7月7日，休斯研究实验室向公众宣布了这一消息，第二天《纽约时报》头版做了报道，标题是：“科学家宣称光放大器制成。”

在宣布会上还出现了一个小故事。迈曼后来说，正式演示一结束，他就被记者们包围起来。他已经把激光在武器方面的应用置于可能应用的单子后头，远在它的科学应用和用作一种测量仪器之后。可记者们仍然向他施加压力，要他在武器应用方面表现出更大的热情。最后，一名被激怒了的记者问迈曼，是否能够排除激光作为一种武器应用。迈曼说不，他不能够排除这一点—于是，激光这种“死光”的故事就此诞生了。

很快，物理学家就制造出不同型号的激光器。贝尔实验室的研究人员首先设计出氦氖混合气体的气体激光器。虽然开始有人嘲笑说这些玩意儿“毫无用处”，但是激光器迅速获得改善，40多年以后的今天，它已经成为现代文明不可缺少的工具。

激光现在可以保证大量信息流通过光纤传递。在高能领域里，光束可以加热物质，打破原子约束，因此在工业上可以用来切割、熔化；在低能领域里，激光可以用来完成各种各样的外科手术（特别是眼科手术）。激光还用来控制计算机印刷。激光条形码在各种各样的商品中都在使用，压缩光碟可以用来听音乐和存储各种信息。激光使全息照相、高度精确直线测量（测量地球到月亮之间的距离，精确度在50英尺之内）、小距离精确测量以及许多分析技术成为可能。新的用途还在与日俱增。

激光陷阱更是一个了不起的应用。正是因为有了激光陷阱，才会出现普利希娜小姐。

（4）激光冷却和捕陷原子

1997年，美籍华裔物理学家朱棣文（1948— ）和法国的克劳德·科昂—唐努日（Claude Cohen—Tannoudji，1933— ）以及美国的威廉·菲利普斯（William Phillips，1948— ）三人因“在发展原子的激光冷却和捕陷方法上所做出的杰出贡献”，共享该年度诺贝尔物理学奖。

物理学的根本任务就在于研究物质的基本结构及它们最一般的运动和变化规律。我们都知道，要研究某个对象势必要对它进行仔细的观察、测量，但对于原子和分子我们能做到这一点吗？列举下面几个数据，答案就十分明显。在室温下，以空气中的氢分子为例，其热运动的速率达1100m/s，可谓惊人的高速率！即使把温度降到3K（－270 oC），氢分子仍以110m/s的速率高速运动。以这样的高速运动的原子和分子，可说是“来去影无踪”“变幻莫测”，要想对它们进行测量，势必会出现很大的，甚至是严重的误差。再继续降温也许是减少误差的唯一办法，但随着温度的下降，原子一般会凝聚成液态或固态，这时原子之间将产生强烈的相互作用，导致其结构和性能显著变化，这对于测量当然又十分不利。那么，有没有办法使原子和分子的运动速度降到很小，几近于零，而同时又使它们之间很少相互作用，保持相对的独立性呢？这无疑是一个巨大的难题和挑战，同时也是物理学家几十年来的一个梦想。

朱棣文获得诺贝尔奖时，从瑞典国王手中接过证书和奖金。

到1975年，这一梦想似乎有可能变成现实了。这一年，4位物理学家亨施（T. Hansch）和肖洛、外恩兰德（D. J. Wineland）和德默尔特各自独立提出了激光冷却气体原子的建议。

1982年，美国国家标准与技术研究所的菲利普斯和梅特卡夫（H. Metcalf）用“多普勒冷却机制”（Doppler cooling mechanism）观察到了激光冷却原子的现象；1985年，美国斯坦福大学的朱棣文和他的同事们利用六束激光，用多普勒冷却机将气体原子冷却并捕陷于光束交汇的空间；1988年，法国巴黎高等师范学校的科昂—唐努日和朱棣文发现了可以得到更低温度的激光冷却机制——激光偏振梯度冷却机制。于是，激光冷却和捕陷原子（laser cooling and trapping of gasatoms）的技术日臻成熟，它们不仅在科学上有重要学术价值，而且在高科技中也有日益广泛和重大的应用价值。

自1983年秋起，朱棣文小组就开始了激光冷却和捕获原子的实验探索。不到两年的时间，即在1985年，他们就取得了突破性的进展。朱棣文小组利用两两相对、沿3个正交方向的6束激光使原子减速。取真空中的一束钠原子，先以与钠原子运动方向迎面而来的激光束让钠原子减速，然后把钠原子引进6束激光的交汇处。这6束激光都比静止钠原子吸收的特征频率稍低。其效果就是不管钠原子企图向何方运动，都会遇上具有恰当能量的光子，并被推回到6束激光交汇的区域。在这个小小的区域里，聚集了大量冷却下来的原子，组成了肉眼看去像是豌豆大小的发光的气团。由6束激光组成的阻尼机制就像某种黏稠的液体，原子陷入其中会不断降低速度，其热运动几乎消失了。朱棣文把这种方法称之为“光学饴”（optical molasses，也有称之为“光学黏胶”）。他们测量得到钠原子所达到的温度是2.4×10—4K。这是世界上第一次成功冷却原子的实验。

然而，仅利用光学黏胶法，原子还只是被冷却，实际上还没有真正被捕获。因为，重力将使它们在1秒的时间内从光学黏胶中落下来。为此，还需要设置一个陷阱——磁光陷阱（magneto-optical trap）。原子是中性的，没有电偶极矩，但却有磁矩，因此，非均匀磁场形成的磁阱就成为科学家关注的方法。这个陷阱由6束激光排列，再加上两个分开一定距离、具有反向电流的线圈（即磁性线圈）构成。它们被称为“四级磁阱”（quadrupole magnetic trap）。这两个磁性线圈给出可微变的磁场，其最小值处于激光束相交的区域。由于磁场会对原子的特征能级起作用，它会产生一个非常大的力，从而把原子拉回到陷阱中心。因此，原子就被激光和磁场约束在很小的一个范围里了。

在朱棣文等人的影响和启示下，美国国家标准与技术研究所的菲利普斯及其合作者运用高效率的磁捕获法，在1988年将原子冷却到绝对零度以上100万分之40度。法国巴黎高等师范学院的科昂—唐努日在1988年至1995年间将氦原子冷却到绝对零度以上100万分之1度。

激光束可以用作“光学镊子”来控制微观物体。一束或者多束光束可以在不损害材料的情形下柔和地钳起物体放到指定的地方，而且物理学家也无需用肉眼看见他们想研究的效应。图中所示为斯坦福大学物理学家用高度聚焦的激光拉直缠绕着的DNA，DNA的长度为50微米（10—6米）。

朱棣文教授一直从事冷却原子、用光抓住原子的研究工作。后来他还认为，同样的技术可以用来抓住单独分子。这使他联想到了生命科学。

1989年，朱棣文等人在斯坦福大学开始了对生物分子的研究工作，当时他们已经可以用光在室温条件下控制分子，以研究分子在室温下的形态变化。他们想控制的分子是DNA，因为DNA有很好的特性，它是一个非常长的分子，但由于不带电，所以不能直接用光来控制，必须对原来的技术予以改进。他们将聚苯乙烯小球粘贴在DNA上，然后将这些分子放入水中，使用两束激光来控制这些小球。由于DNA过小，无法通过光学显微镜观察到这些分子，所以必须将染色的分子放在DNA上。这样，如果光照在DNA上，这些染色分子会辐射出光子，使科学家可以看到像霓虹灯一样微弱的光，这样就可以捕获一个DNA分子，并将其分离出来。

目前，这项技术已经有了新的进展，他们用聚焦激光束使原子束弯折和聚焦，导致了“光学镊子”（optical tweezers）的发展。“光学镊子”可用于操纵活细胞和其他微小物体，可以控制DNA、打开单一蛋白质，并可尝试控制细胞核内的染色体，或捕捉住细菌而不杀死它。光学镊子将成为现在生物科技的重要工具。

利用激光冷却效应，控制单独的DNA分子的运动，这在生命科学的研究上才开始起步。解开DNA的密码是人类的重大科学目标之一，也是人类许多年来的梦想啊！朱棣文教授说：

从哲学角度来看，我的成就和别人的成就已能使我们在单个原子上做实验。我想做类似有关的单生物分子实验。通常，化学家、生物学家做一次实验同时用到上百万个分子，以至于许多有趣的特征被掩盖掉，稍停下来想想，一个细胞核内发生的一些化学变化不都是以一个单分子为基础的吗？每一个细胞只有一个独特的脱氧核糖核酸副本，因此我想知道那么多特征是怎么活动的呢？因为在生命这个水平上是以单分子为基础的。我希望这样的研究或许会引导出治疗一种疾病的方法。我现在正在集结一种在基本分子水平上研究事物如何作用的能力。