阿秒有多短?宇宙誕生至今的秒數,還不到1秒內阿秒數的一半

2023-10-05     科普大世界

原標題:阿秒有多短?宇宙誕生至今的秒數,還不到1秒內阿秒數的一半

今年的諾貝爾物理學獎,頒給了三位在「阿秒光脈衝以研究物質中電子動力學的實驗方法」方面做出的貢獻的科學家,分別是美國俄亥俄州立大學名譽教授皮埃爾·阿戈斯蒂尼(Pierre Agostini)、德國馬克斯·普朗克量子光學研究所教授費倫茨·克勞斯(Ferenc Krausz)和瑞典隆德大學教授安妮·呂利耶(Anne L』Huillier)。

可能大家都對這裡提到的阿秒光脈衝不很理解,這個阿秒到底是多長時間呢?

我們日常所用的時間(時分秒)都是60進位的,一個小時等於60分鐘,一分鐘等於60秒但是秒以下的時間卻是十進位的,如1秒等於10分秒,1分秒等於10厘秒,1厘秒等於10毫秒,有的是直接使用千進位,1秒等於1000毫秒,1毫秒等於1000微秒,1微秒等於1000納秒。

但是這些時間單位日常很少用到,不過在微觀科研領域會有使用,這些時間單位都非常短,毫秒就是千分之一秒,微秒是百萬分之一秒,納秒是十億分之一秒。

在我們看來,這個納秒就足夠短了吧?只有一秒鐘時間的10億分之一,把一秒鐘的時間分成10億等份,一納秒只是其中的一份,可以說短得無法想像;然而阿秒又比納秒小多了,因為1納秒等於1000皮秒,1皮秒等於1000飛秒,1飛秒等於1000阿秒。從換算關係上來說,1納秒等於10億阿秒,或者說1阿秒只有1納秒的10億分之一。

1秒等於10億納秒,1納秒又等於10億阿秒,那也就是說1秒等於100億億阿秒,或者說是10的-18次方秒,想像一下,把1秒鐘時間分成100億億份,1阿秒只是其中一份,這個時間該有多短?

實際上一秒時間中的阿秒數,要比宇宙誕生至今的浩渺時間中所包含的秒數還多,一般認為宇宙的年齡大約為138億年,一年中的秒數大約是3153.6萬秒,那麼算下來宇宙誕生至今的秒數大約為43.52億億秒,還不到一秒鐘內阿秒數量的一半。

那麼在這麼短的時間內,會有什麼事發生呢?在我們所能看到的世界中,幾乎看不到任何事物能發生變化,但是在微觀世界中,變化卻一直在發生著。光一秒鐘能跑30萬公里,那麼光在1阿秒時間內就走了0.3納米,大約相當於3個氫原子的直徑(約0.1納米),或者說光在1阿秒的時間中可以走完三個氫原子並列長度的距離。

可見在粒子世界的層面,在阿秒這麼短的時間中,還是可以看到顯著變化的!實際上針對阿秒時間單位內的物質變化,國際上已經形成了阿秒物理學,專門研究原子內部電子運動以及亞原子粒子活動的新興學科,其主要手段就是利用持續時間為阿秒量級的超短雷射脈衝(阿秒光脈衝)來觀測和控制電子的行為,從而揭示物化反應和粒子運動的微觀機制。這一方法已經可以將微觀科學的視野從分子層面深入到原子內部,解釋諸多物理、化學和生物現象。

而阿秒物理學的出現和發展,也促進了阿秒雷射脈衝技術的發展,目前最快的雷射脈衝已經達到了43阿秒,該技術的發展已經帶動X射線、自由電子雷射、伽馬射線、快速成像技術、電子信息捕獲等諸多科學領域的新突破。

值得一提的是,我國在阿秒物理學方面的發展並不落後,今年4月25日,由中科院物理研究所和廣東松山湖材料實驗室共同建設的阿秒科學中心在東莞松山湖落成投用,該實驗室定位於國際領先的超快物質科學與技術研究目標,目前正在開建「阿秒雷射設施」,這一大科學裝置的建設和投用可將我國的阿秒物理學水平提高到一個新層面上。

消息來源:《上觀新聞》10月4日報道《科普諾獎「阿秒」是什麼?我國首個阿秒雷射裝置正在建設中》

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文章來源: https://twgreatdaily.com/ce4befd004cc0bd14a44e7dbeefb4c16.html