阿瑟·阿什金：讓光成為奇跡工具

張家偉 付一鳴

隨著人類的研發和技術應用走入更高階段，我們往往要不斷地“鉆牛角尖”，比如在實驗室中觀測并分析極其微小的病毒、分毫不差地在眼球上進行微創手術等。要實現這些難度極高的操作，我們需要駕馭光，讓光成為奇跡工具。

美國科學家阿瑟·阿什金被許多人認為是“光學捕獲”之父，他是激光科學領域的巨人之一。阿什金在貝爾實驗室長達40年的卓越職業生涯中，發現了如何讓激光推、拉和抓住微小物體，如小介電粒子、細胞和DNA等生物分子。在其最著名的實驗中，阿什金和朱棣文以及其他合作者僅用光冷卻和捕獲單個原子。

2018年諾貝爾獎授予阿瑟·阿什金等三位科學家，以表彰他們在激光領域的杰出成就。阿什金發明了一種光學鑷子，它采用一束高度匯聚的激光形成三維勢阱來捕獲、操縱極其微小的粒子，也就是說，讓激光將小粒子推向光束中心，并將它們固定在那里，從而更好地操縱它們。1987年，阿什金在這方面取得了實質突破。他在不傷害活細菌的情況下，成功用光鑷捕獲了它們。同時，阿什金則專注于使用光鑷捕捉和研究各種各樣的生物，包括煙草花葉病毒、各種細菌、紅細胞和藻類植物，而且不會損傷它們。他繼續探索內部細胞結構，用光鑷操縱細胞質和細胞器，并將其描述為“內部細胞手術的一種形式”。

瑞典皇家科學院院士埃娃·林德羅特接受采訪時說：“有了這種光鑷，我們能夠抓取分子，把它們移動到你想要的地方，并對它們展開操作，這是非常實用的工具，事實上我們也經常使用它。”

有了通過駕馭光而形成的新工具，人們可以操縱和移動原子、病毒和其他活細胞。阿什金的發明讓科研人員有機會在不破壞細胞膜的前提下，深入分析細胞內發揮關鍵作用的分子馬達，探討其中的運作機制。如今在許多生物實驗室中，光鑷已經是標配的設備。