尼古拉斯·布洛姆伯根（1920—2017）

江泽珍/编译

尼古拉斯·布洛姆伯根（1920—2017）

江泽珍/编译

尼古拉斯·布洛姆伯根（Nicolaas Bloembergen）是核磁共振、非线性光学、激光领域的先驱，任何一方面的成就都能为他赢得诺贝尔物理学奖，他的研究也是磁共振成像的基石。他为人谦逊，常称自己为“闪光的工程师”。

布洛姆伯根于2017年9月5日逝世于亚利桑那州图森市，享年97岁。1920年，他出生于荷兰的多德雷赫特，经历了残酷的第二次世界大战。他在荷兰的乌得勒支大学学习物理学，之后由于纳粹勒令禁止办学而中断学业。1946年1月，他和爱德华·珀赛尔（Edward Purcell）一起去哈佛大学读硕士研究生。就在此行的5周前，珀赛尔与另一科学家共同发现了核磁共振——原子核可以在磁场内吸收射频电磁辐射。

之后的18个月里，布洛姆伯根进行了高强度的实验研究，发现了核磁弛豫的物理现象，比如核磁共振是怎样通过质子的射频反应感受到水分子的移动的。这18个月的实验成为布洛姆伯根博士论文的依据，同样也成为新技术的实用指南，很快在圈内就出现了几百本的影印本。他的论文最后整理出版成了书籍《核磁弛豫》（Nuclear Magnetic Relaxation，斯普林格出版社，1948年），几十年来销量非常好。1951年他回到哈佛大学，担任副教授一职。

在布洛姆伯根的论文研究中，他的第一个伟大的物理发现是动态缩小的概念。这是个反直觉观察，核自旋被阻碍的频率越高，光谱线就会变得越锋利越狭窄。这个概念被用来解释光谱学各个方面、研究各领域和所有频段的谱线形状。布洛姆伯根在观察水中质子时发现了光谱线，之后被用于医疗的磁共振成像，让医生首次能看到身体里面的软组织。他曾在20世纪80年代早期的一次周会上兴奋地宣布：“医疗成像技术现在用我们的核磁共振了！”

在研究微波激射器的时候，布洛姆伯根发现了一种很实用的能产生粒子数反转的方法。粒子数反转通常是一个较罕见的现象，即在高能量层面上具有的物理特质比低能量层面上具有的特质多的现象。它是激光的前提，布洛姆伯根认为三级加压就能产生大量激光。

1961年，布洛姆伯根解释了足够强度的光是如何改变与它相互作用的材料的性质。例如，折射率成为光强度的一个函数，该现象现在被称为非线性光学。1962—1964年，他的团队在《物理评论》杂志上发表了3篇长论文，探究了这个概念的现象学和基本原理，其中还发现了准相位匹配，在今天用于创造激光笔里的绿光。还有一个更基础的概念是非线性磁化率，发光材料的光响应。正常来说，这个响应取决于输入的光线频率。布洛姆伯根意识到非线性磁化率也决定了材料中自由能量的数量（自由能量是由输入和输出频率决定的）。因此，在非线性磁化率中会有一个额外的频率。

布洛姆伯根还发现很多看似不同的物理效应（包括二阶谐波的产生和电场内折射率的改变）都有一个相同的物理过程。相似的，三阶非线性光学效应有很多，看起来都不同，但是开始的过程都一样。如今，互联网交流、数据中心以及太平洋和大西洋下的光通信电线都需要依靠非线性效应。1990年，布洛姆伯根从哈佛大学退休，在亚利桑那大学担任客座科学家，2001年成为教授。

布洛姆伯根的成就来源于他对科学、对自己严谨的态度。对于物理，他从不自欺欺人，也从不走捷径。他是一个理论学家，同时也是一位实验学家，深受学生的爱戴。对于他的科研成果能为社会所用，他感到非常兴奋，这也是他最大的骄傲。

[资料来源：Nature][责任编辑：田 心]