「阿秒」的極速世界

7-11的貨架旁，快五歲的雙生小孫，對著五顏六色的Pocky(百琪棒棒)指指點點，荳荳喜歡巧克力口味，妞妞愛草莓，不知道是她們的心機？還是天性使然？只好各買一盒。兩人心滿意足的在公園的椅子上，邊笑邊吃！瞬間剩下一根。

妞妞說：「有沒有吃不完的Pocky？」

我說：「有啊！你一次僅咬上一次剩下的一半，就會吃不完！」

荳荳說：「怎麼可能？我第一口吃一半，第二口就吃光了。」 一雙鳳眼和和一對水汪汪杏眼，對著我投射出無盡、不解的問號？這就要怪爺爺有理說不清了！因為愛因斯坦說：「如果你不能簡單說清楚，就是你沒完全明白。」

阿秒得獎了！

近日揭曉2023年的諾貝爾物理獎，由美國物理學家阿戈斯蒂尼、匈牙利-奧地利的克勞斯、法國-瑞典的呂利耶共獲殊榮，以獎賞他們的實驗發現了阿秒尺度的脈衝光，並證明透過這些光脈衝捕捉電子移動的瞬間。 測量尺度的精準，可以代表人類科學的進展程度。例如，台積電在晶圓製造的領域，不斷從14奈米、7奈米，現在更積極跨入1奈米的製程，能做到超微超強的電子元件，在這方面的科技實力，獨步全球。 時間的量測也一樣，古人日出而作，日落而息，以上午、下午、晚上作為衡量的尺度；有了手錶，與人約會開始以幾點幾分做依據，有了更精密的測量儀器，例如雷射，我們就有了更小的時間單位，毫秒（10的-3次方）、微秒（10的-6次方）、奈秒（10的-9次方）、皮秒（10的-12次方）、飛秒（10的-15次方）。這次諾貝爾獎表彰的受獎者，是因為他們將測量時間的尺度又縮小了1000倍，稱為阿秒（attosecond，即10的-18次方秒）。

快門的極速，有什麼用呢？

時間尺度的縮小，有什麼實際的用途？手機盛行後，世人尤好拍照，已到無時、無處不拍的地步。有時會因為眨眼或晃動，造成模糊、不滿意的照片，如果手機快門的速度夠靈敏，這樣的困擾將消除大半。有些專業的攝影者，還會故意調慢快門，讓河水、車陣呈現動感，朦朧的畫面。

今年的杭州亞運，也出現兩幅饒富趣味的畫面。首先是滑輪溜冰男子3000公尺接力決賽，台灣隊黃玉霖和南韓隊鄭喆元擔任最後一棒，在衝向終點線爭奪冠軍時，南韓隊認為金牌在握，衝線時志得意滿高舉雙手滑過，而台灣隊則壓低身體，奮力擺手跨足壓線衝過，沒想到僅僅是這個動作，讓台灣隊捷足先登，領先0.01秒逆轉摘金。當然這個畫面，單用肉眼是無法分辨孰強孰弱？但是只要有毫秒級的快門，就可以將每一個細節定格下來，勝負立判！

(杭州亞運：男子3000公尺滑輪溜冰接力賽台灣奪金，黃玉霖0.01秒之差戲劇性逆轉（圖／陳志金臉書))

其次是男子110公尺跨欄決賽，科威特的尤哈和日本的高山峻野，正好被分在第7和第8線，兩人旗鼓相當，最後都以13.409秒衝線，並列金牌。由此觀之，大會攝影機的快門，僅能定格到小數第三位，如果能進階到微秒等級，則差之毫米，也能分出高下！

（田徑男子110公尺跨欄決賽，日本高山峻野（左）、科威特尤哈以13秒409並列第一。 圖／中新社）

心跳一次大約1秒，眨眼一回需要0.3秒。常見割除白內障手術的廣告：使用飛秒雷射，絕對安全可靠。試想發射一次飛秒雷射脈衝，僅需10的-15次方秒，因此在兩次眨眼之間，夠你打幾億次的雷射脈衝，當然萬無一失。

基本上越小、越輕的物質獲得一些能量就能快速運動，例如氮氣和氧氣在常溫之下，就可以在空中飛來鑽去，永不停歇。原子比分子更小，而原子由原子核和電子所構成，電子的重量只有原子核的數千分之一，因此電子的在原子核外的運動更加快速，現代的科學家對於電子的運動情形都以機率來推算，無法精確的看到。偏偏電子的轉移是化學反應的要角，也是半導體不可或缺的技術，拜時間尺度的推進，在阿秒雷射脈衝的定格下，基本上所有物質的組成，包括分子、原子核都是凍結的，可以單純、安靜地觀察電子的轉移和特性。此技術開發後，將創啟全新的紀元，對於基礎科學、材料科學和半導體元件的製作，都會產生驚天動地的影響。

回到小孫的疑惑，一根10公分長的Pocky棒，若每次切掉前一次的1/2，第1次剩5公分，第2次剩2.5公分…，第32次剩2.33x(10的-10次方)公分。依據數學的理論，可以無限的切割下去，問題是有沒有夠薄夠細的利刃，這Pocky棒可是短到奈米等級了。再者，前面的一些切割，僅僅是量的變化，事物的本質並無改變。但是切割到某個階段，就會引起質的變化，即澱粉、醣類分子所製的Pocky棒，已被切割成個別的碳、氫、氧等原子，因為原子直徑的大小約2×10的負10次方米，因此此時就算小孫尚能咀嚼到極細、極微的物質，應無香脆的感覺，也非Pocky了！

下一次向荳荳、妞妞解釋：「一尺之捶，日取其半，萬世不竭。」，希望你們已能會心一笑，但是記得要祈禱最疼你們的爺爺，千萬不要，身體盡成分子、原子，散落於大氣、塵土之中，心靈已如不繫之舟，迴盪在雲深不知處！