江澤珍/編譯

尼古拉斯·布洛姆伯根（1920—2017）

江澤珍/編譯

尼古拉斯·布洛姆伯根（Nicolaas Bloembergen）是核磁共振、非線性光學、激光領(lǐng)域的先驅(qū)，任何一方面的成就都能為他贏得諾貝爾物理學獎，他的研究也是磁共振成像的基石。他為人謙遜，常稱自己為“閃光的工程師”。

布洛姆伯根于2017年9月5日逝世于亞利桑那州圖森市，享年97歲。1920年，他出生于荷蘭的多德雷赫特，經(jīng)歷了殘酷的第二次世界大戰(zhàn)。他在荷蘭的烏得勒支大學學習物理學，之后由于納粹勒令禁止辦學而中斷學業(yè)。1946年1月，他和愛德華·珀賽爾（Edward Purcell）一起去哈佛大學讀碩士研究生。就在此行的5周前，珀賽爾與另一科學家共同發(fā)現(xiàn)了核磁共振——原子核可以在磁場內(nèi)吸收射頻電磁輻射。

之后的18個月里，布洛姆伯根進行了高強度的實驗研究，發(fā)現(xiàn)了核磁弛豫的物理現(xiàn)象，比如核磁共振是怎樣通過質(zhì)子的射頻反應感受到水分子的移動的。這18個月的實驗成為布洛姆伯根博士論文的依據(jù)，同樣也成為新技術(shù)的實用指南，很快在圈內(nèi)就出現(xiàn)了幾百本的影印本。他的論文最后整理出版成了書籍《核磁弛豫》（Nuclear Magnetic Relaxation，斯普林格出版社，1948年），幾十年來銷量非常好。1951年他回到哈佛大學，擔任副教授一職。

在布洛姆伯根的論文研究中，他的第一個偉大的物理發(fā)現(xiàn)是動態(tài)縮小的概念。這是個反直覺觀察，核自旋被阻礙的頻率越高，光譜線就會變得越鋒利越狹窄。這個概念被用來解釋光譜學各個方面、研究各領(lǐng)域和所有頻段的譜線形狀。布洛姆伯根在觀察水中質(zhì)子時發(fā)現(xiàn)了光譜線，之后被用于醫(yī)療的磁共振成像，讓醫(yī)生首次能看到身體里面的軟組織。他曾在20世紀80年代早期的一次周會上興奮地宣布：“醫(yī)療成像技術(shù)現(xiàn)在用我們的核磁共振了！”

在研究微波激射器的時候，布洛姆伯根發(fā)現(xiàn)了一種很實用的能產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的方法。粒子數(shù)反轉(zhuǎn)通常是一個較罕見的現(xiàn)象，即在高能量層面上具有的物理特質(zhì)比低能量層面上具有的特質(zhì)多的現(xiàn)象。它是激光的前提，布洛姆伯根認為三級加壓就能產(chǎn)生大量激光。

1961年，布洛姆伯根解釋了足夠強度的光是如何改變與它相互作用的材料的性質(zhì)。例如，折射率成為光強度的一個函數(shù)，該現(xiàn)象現(xiàn)在被稱為非線性光學。1962—1964年，他的團隊在《物理評論》雜志上發(fā)表了3篇長論文，探究了這個概念的現(xiàn)象學和基本原理，其中還發(fā)現(xiàn)了準相位匹配，在今天用于創(chuàng)造激光筆里的綠光。還有一個更基礎(chǔ)的概念是非線性磁化率，發(fā)光材料的光響應。正常來說，這個響應取決于輸入的光線頻率。布洛姆伯根意識到非線性磁化率也決定了材料中自由能量的數(shù)量（自由能量是由輸入和輸出頻率決定的）。因此，在非線性磁化率中會有一個額外的頻率。

布洛姆伯根還發(fā)現(xiàn)很多看似不同的物理效應（包括二階諧波的產(chǎn)生和電場內(nèi)折射率的改變）都有一個相同的物理過程。相似的，三階非線性光學效應有很多，看起來都不同，但是開始的過程都一樣。如今，互聯(lián)網(wǎng)交流、數(shù)據(jù)中心以及太平洋和大西洋下的光通信電線都需要依靠非線性效應。1990年，布洛姆伯根從哈佛大學退休，在亞利桑那大學擔任客座科學家，2001年成為教授。

布洛姆伯根的成就來源于他對科學、對自己嚴謹?shù)膽B(tài)度。對于物理，他從不自欺欺人，也從不走捷徑。他是一個理論學家，同時也是一位實驗學家，深受學生的愛戴。對于他的科研成果能為社會所用，他感到非常興奮，這也是他最大的驕傲。

[資料來源：Nature][責任編輯：田 心]