激光啥原理？居然比太阳温度还高？李永乐老师讲诺贝尔物理奖之激光（上）
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- Опубликовано: 20 окт 2024
- 2018年诺贝尔物理学奖揭晓了
颁发给三位科学家
以表彰他们在激光应用方面做出的贡献
有人说他们三个人只是在技术领域做了一点进展
但是没有在理论方面有什么突破
但是绝大多数物理学家都对他们获奖表示实至名归
因为他们发明的光电技术啁啾放大技术
在最近30年为许多学科的发展铺平了道路
尤其是在生物学领域里面取得了许多的突破性进展
那么有小朋友就问我说激光到底是什么呢
他们发明的这些技术到底是怎么回事呢
我们准备用两期节目给大家介绍一下
这一期我们首先来介绍一下激光原理
详见视频
![How do aliens discover the earth? Teacher Li Yongle [2019 Nobel Prize Interpretation 2/3]](http://i.ytimg.com/vi/dAPJaryxQkA/mqdefault.jpg)
![How do aliens discover the earth? Teacher Li Yongle [2019 Nobel Prize Interpretation 2/3]](/img/tr.png)
![How to break away from poverty? [2019 Nobel Economics Prize explained]](/img/1.gif)
李老师做的这些讲解，我一个物理学博士生都做到这么完美。 李老师真的是万能的吗，每次讲解一个东西，都讲解得这么透彻，甚至比专业人士讲解得都清楚。
深夜看李永乐老师的视频看哭了，只有在有这种老师的学校上课才能充分的激发一个人去探索未知世界的欲望，才能对人类的智慧和文明产生感叹，才会尝试去追随那些科学家的脚步，转眼看看国内的学校，无论是初中、高中、大学都在混学分混毕业，老师压制学生不让学生提出疑问动摇权威，让学生膜拜他，被他管控，直到熬到毕业脱离他的管控，信奉不出事反正毕了业跟我也没有毛的关系的那一套理论，许多学校自从你考到那个学校就是欠那个学校的，学校可以以各种名义滥用民力，包括以集体主义的名义去掠夺私有财产，合法的强制占用他人的时间和精力，到底是什么原因造成了为同学服务的老师成为学校里的土皇帝？是学生对于自身权利的忽视，对他人不公的冷漠，正是这些造成了本改为同学服务的老师权力过大成为学校里的土皇帝。其实李永乐老师能讲的只能是物理化学生物知识但更多的是自我的权利意识，当有足够多的同学意识到了自己的权利正在被侵犯并且觉得自己有义务有责任去捍卫自己的权利的时候，作威作福的老师们才会消失，学生有了思考的自由，更多的李永乐才会出现在校园里面！
拉倒吧，上他的课没有作业，所以有兴趣，一旦有作业和考试，全部兴趣都没有了
别闹了，主要是考高分，讲一周校长就辞了他了，国内教育太烂了，不会让你随便拓展
李老师讲的是一些入门知识，其实网上很多资源，完全可以按照自己的兴趣自学，不必拘泥于老师教的那一点知识。
特別喜歡李老師的解說
老師口條清晰有理，解說也非常到位，
總能抓住重點好讓外行人也輕易理解。
希望老師加油 !
帮一些不明真相的小朋友总结一下爱因斯坦终身物理学成就，然后咱们再谈他是不是最伟大的物理学家：
先是一些“小贡献”：
1.解释了光电效应，发展出波粒二象性原理，终结了光是粒子还是波的200年争论，后面德布罗意将这一概念扩展到所有粒子，直接导致了电子显微镜的发明，看到原子不是梦。
2.解释了布朗运动，这个贡献等同于第一个证明了原子的存在，在爱因斯坦年代原子论只是假设，爱因斯坦第一个指出布朗运动是原子存在的铁证。
3.在解释PN结理论时提出了爱因斯坦公式，这个很多人不知道，只能告诉你这个理论让人们理解了晶体二级管工作的原理，后来的21世纪所谓的电脑、互联网一切一切这些你懂的。。。
4.阐明了激光原理，这个视频已经讲了。。
5.临界乳光理论，阐明了光在液体和气体中的散射机制，顺便解释了天为什么是蓝色的
6.热力学中的爱因斯坦模型，正确阐述了物体比热的来源，可以认为是现代比热理论的一级近似。
7.零点能，让人们正确认识了绝对零度时物质应该是怎样的状态。
上面之所以称为“小贡献”，不是因为不重要（相反，里面产生了很多诺贝尔奖），而是因为爱因斯坦都只是随便做做，没当主业来玩，下面的都是爱因斯坦的费过心思的“主业”：
1.狭义相对论，光速不变原理，这个很著名了，民科的重灾区。
2.广义相对论，引力什么不存在的，一切力都不过是参考系的变换。这个多说两句，现在还有些不明真相的小朋友觉得广义相对论没有现实用处，拜托，就连卫星运行都要经过广义相对论修正才行，不然你手机都没法用啊。
3.发展出宇宙学，搞了一个宇宙常数，让后面的物理学家晕头转向了五六十年。宇宙膨胀可能你们听说过
4.引力波，就是去年发现并拿了诺贝尔奖的那个，爱因斯坦也颇费了功夫，中间一度还觉得自己错了。
5.质能方程E=mc^2, 根本上解释了原子能的来源，将质量和能量画上等号可以说是真正提升人类格局的公式。核能的利用，原子弹等等，又是你们都懂的。但真实情况是，爱因斯坦并没有参与任何原子弹的项目，并且反对用核，你们真正该黑的是----奥本海默。
6. 玻色-爱因斯坦统计，热力学统计中的半壁江山，世间万物不过就是玻色子和费米子而已。爱因斯坦灵机一动将这个统计应用到极低温度，预言了玻色-爱因斯坦凝聚的新状态，后来有人做出来了，就开开心心拿了诺贝尔奖。
7.爱因斯坦-波多尔斯基-罗森佯谬，对量子力学的基础理论包括测不准原理、波函数的概率解释等，进行了质疑，并提出了很多理想实验，企图搞清楚量子力学超距作用是否存在。这个很多人不知道，但确确实实让老爱费了不少心思，最后意外开启了一门新学科：量子信息，为量子计算机和量子信息传递做了奠基性的工作。
8.晚年致力于大统一理论，即用一个方程解释世间万物，到死都没成功，有人说他这属于晚节不保，我不同意这样的观点，他只是想提前窥探一眼百年之后的物理而已，这又有什么错呢？后来的人们确实将电磁力和弱力强力统一起来了，而引力确实很难，但人们没有放弃，才又有了“完美到不可能是错的”之超弦理论。
小伙伴们可以数数，如果认真给爱因斯坦发诺贝尔奖，他能得多少个？为什么当年他的诺奖是一个人独得的？因为真的没人敢跟他分奖金啊！直到现在人们还因为爱因斯坦的工作而获益，包括你和我。
当年爱因斯坦去世，有人这么评价的：如果有一天，我们与外星的高级文明建立了联系，他们提起地球可能会说：那是爱因斯坦生活过的星球。因为对于他们而言，在整个人类文明中这才是最重要的事情。
本人并不崇拜任何权威，以上言论纯属实话实说。
感謝您
加上晚年跟波尔关于量子力学完备性的争论，虽然被实验证实是错误的，但让人类对量子力学本质理解进了一步。关于量子力学的解释目前还是未知。
虽然爱因斯坦只得了一个诺贝尔奖，是早年的光电效应。 所以李老师说错了， 爱因斯坦没有因为激光得到诺贝尔奖。
但爱因斯坦晚年时， 诺贝尔奖已经不敢发给他了，因为 发给他的话， 十年也发不完，若只发一次的话，发哪个成就也不合适。他的成就早就超越诺贝奖的范畴了。
厉害了老哥 什么时候科普一下杨振宁啊
天空是藍色的這件事情 大家原則上都會用雷利散射解釋 而不是臨界乳光原理(我還真的沒聽過這東西= =)
熱物理中的愛因斯坦模型 其實只有鑽石能夠適用 比較正確描述比熱的是德拜(Debye)模型
其實 波色-愛因斯坦 統計是由愛因斯坦把波色的論文翻譯成德文 主要工作是由波色做的
當然愛因斯坦是一位很偉大的科學家是無庸置疑 不過我覺得沒有必要過度神化
當代的費曼(Feynman) 狄拉克(Dirac) 還有很多人都有他們偉大的貢獻 只是一般民眾不會知道罷了
by the way 弦論發展至今已經過了很久了 但現在還是沒有實驗能夠驗證他 大家現在基本上都不對弦論抱有任何希望了
李老师能不能做一期 【李永乐为什么，什么都懂？】的节目？
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+1 科普先锋李老师
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+10086
没有金刚钻哪敢揽瓷器活
这老师的课讲得挺好的，都是干货，没有那么多废话和铺垫，语言表达清晰，讲解的内容条理清晰，节奏也拿捏得到位，让人学习起来，效率很高。
李永乐老师之所以有今天这么红，靠的是幕后一位从未露面的“小朋友”。。。。
成功的老师背后一定有一位“无知的小朋友”
我严重怀疑这个小朋友是个智障！什么也不知道！
小朋友，你是否有很多问号？
小朋友，你是否有很多问号？
和袁腾飞老师的小伙伴一个单位的
頂尖的科學家真的是不簡單， 李老師教的真的是非常的好， 我的資質根本不到那邊完全聽不懂， 可是又很想要知道!
謝謝李老師的貢獻， 上課前 做足了準備!
總是有滿滿的東西!
李老师讲课真帅气……
一个简单的黑板和粉笔，确是最高成本的视频制作！李老师真的是给大家该来不一样的知识
补充一下：
1. 所有的激光都具有腔镜，增益介质，和能量源三部分（并不是YAG才有）。腔镜选择哪个方向的光会被反复增益，同时也能限制波长。增益介质是最核心的部分，它会被能量源激发到激发态，并通过受激辐射的方式释放能量，因此增益介质的能级结构决定了这个激光的许多特性。能量源经常被称作泵浦源，其实就是pump的音译，只要能提供足够的能量将增益介质持续性的激发到激发态就可以，通常都是一些普通光源，比如日光灯，也可以是另一台激光，对于半导体激光器通常是电流。
2. 激光关键在于粒子数反转。假如一个光子通过介质，而低能级的粒子数多于高能级的粒子数，那么它被吸收的概率就大于发生受激辐射的概率，那么光就不会增强，反而会衰减。
3. 激光的难点也在于粒子数反转难以实现，因为粒子数的分布服从指数衰减。假如常温下基态有一万个粒子，激发态可能只有几个甚至更少。因此需要多能级。假如基态有一万个粒子，第二激发态可能有两三个，第三激发态更少，平均只有不到一个，但是如果我能将基态的粒子选择性的激发一百个到第三激发态，那么第三激发态的粒子数就已经远远大于第二激发态的粒子数，粒子数反转就实现了。实际上这样的三能级系统也不够好，通常激光的运转都包括四个能级。
4. YAG是增益介质的一种。固态激光的增益介质通常是某种宝石掺入一些金属元素。宝石其实一般就是氧化铝或者氧化硅晶体。激光需要的宝石通常都是实验室里通过特殊的结晶方法生长的结构更纯净的晶体，才能保证能级结构是我们期望的那样。YAG就是石榴石Garnet中含有了Y和Al（钇和铝），非常常用的Nd:YAG激光就是在YAG中又掺入了Nd铷。掺入金属元素就可以调整增益的能级结构，从而选择频率并提高效率。
剛好看到補充一下個人想法：
三能級的反轉一般發生在基態跟第一激發態，所以比起四能級它的劣勢在於需要高能量的初始注入（至少要超過基態的一半）。
李永乐老师做的平凡的工作，创造伟大的事业。
特別喜歡李老師的解說
李老师，我是银幕制造商，目前电影放映机逐步使用激光作为光源，激光衍射带来的散斑影响观看效果，需要解决激光光源散斑，目前都是通过银幕扰动消除干涉，有没有更好的解决方案
喜欢看李永乐老师的物理课和经济学课
OK 以后多讲点
就喜欢听李老师讲课
虽然好多东西没听懂，不过激光的大概原理还是懂了一些，谢谢老师！
诺贝尔奖以后会给李老师。因为推动了物理学的普及。虽然科学研究很重要，但是科学的推广同样重要。
易懂易记，集集精华。喜欢
老师我是小学生，你讲的内容通俗易懂我很喜欢
老师你太厉害了，国内头条看你讲，好不容易翻墙出来看看youtube，没想到看到你还是欲罢不能在看你😄😂
李永樂永遠快樂聰明IQ爆棚
永乐大帝威武！
老師，有沒有小朋友問過你竹鼠中暑該怎麼辦
李老師,可否講一下 CD 機雷射及雷射指示筆的激光產生原理, 謝謝!
这个我知道！小时候看多媒体的牛津剑桥科学百科里面有这个
终于听懂一次了，唯一的一次。赶紧留言留念
李老师，有时间能给科普下光反馈腔增强技术的测量原理嘛，这方面看资料一直很迷糊，谢谢[给心心][给心心][给心心]
1.為什麼外面光的能量等於高能階與低能階的差的時候電子會從高能階跳到低能階，給他能量不是應該從低跳到高嗎
2.為什麼受激輻射放出的光方向一樣
希望老师介绍一下数理化生计算机方面的知识！！！谢谢老师！🙏
通过李老师讲解激光的原理了解了一些，下期老师能不能讲解激情的简单原理😀😀😀
爱因斯坦是真的强
李老师能说说火花塞的工作原理吗？一块磁铁＋个火花塞就就能点亮220的灯泡。
老师我又来了😁看完我就跑✌️
要是现在的老师都能达到这种讲课水平，诺贝尔奖早拿了
老师，来个诺贝尔系列吧😁
可以的
就是可能有点乏味
找一些有趣的諾貝爾得主
老师讲讲液压机还有高压水枪吧
这个一定要有
黄猿表示，李老师说的很对
激光笔果实拥有者😂
所以为什么光子会回到基态而不是跃迁到更高的能的轨道呢？在与第二个光子相互作用的时候？
真及时！我当李老师的小朋友当定了。
爱因斯坦的最大贡献是狭义相对论和质能方程式。这两项超出物理学范畴。
希望讲解下DNA是如何控制人的样貌、身体结构甚至性格特征的。
+1
應該不是DNA在控制 主要是蛋白質與離子在控制
李老师你可以讲一讲‘冷激光固顶原子’吗
李老师国庆也不休息啊？辛苦了
李老师，原子和太阳系为什么这么相似，他们之间会不会有联系？
李老师讲一期 原子结构吧 ，看维基百科上好多术语都不理解
讲过
上学期的课囊括了phage display, directed evolution, optical tweezer, rotar motor, gfp，可以说是非常诺奖了
搞光电的？
希望能講一下離散數學
为啥一个频率合适的光子就能激发出激光？是不是就是好比波的共振？这个原理值得深究
喜欢老师上课
满满的干货
希望老师能讲一期斯第一类特林数，最近遇到了理解瓶颈
最棒中学老师
视频禁止搬运
有字幕
又是你，课代表
我想知道，什么材料的晶体才能发射激光
哈哈，B站了解一下
李老师视频在B站养活了不up主
很好升助教(^_^)
能做到x射線激光嗎 伽馬好像一定要原子核
激光的公献 ，人类的理性 。救世芯片 ！！！
李老师讲点人类出走非洲，遗传基因，尼安德特人等人类学知识吧！
希望老师讲一下另一位神人，尼古拉·特斯拉。
烧红的铁是黑体辐射吧，并不和铁外层的电子跃迁有关系吧
不是电子的跃迁吗？后面怎么变成原子跃迁？
激光还有个重要应用没讲：逗猫神器 🙂
Winston Pete 比起逗猫...它更重要的应用是实现实时的网络冲浪
受基扶射。😅
@@strategicfooyouagencyfirst8197 ？
@@e-fz.1zeroe223 你敢对多元性别有意见😀
@@strategicfooyouagencyfirst8197 抱歉我只是想知道你那个词汇的意思
拯救了我下周的量子力学口试。
網上上李老師一堂課，勝過我上了七年的物理課。
老師主要在哪個平台髮哇，微信公眾號好像很久沒更新了
西瓜视频
这里
我想问下，居然频率和相位完全一样的克隆光，是怎么逐渐增强的呢？
一个光子能量强还是十个光子能量强？
頻率和相位是波的特質，想像兩個小朋友在彈簧床上用相同頻率跳跳，如果起跳時間沒有對在一起，那產生的振動就比較小，如果兩個小朋友同時起跳同時落下，那振幅就是直接加成上去，一下子就可以把床給跳壞了。所以激光的頻率相位相同造成它的高亮度。
“激光”这个翻译真好
老师，可以讲下火星男孩吗？
感觉好像好久没有出现像前三次工业革命那样，一瞬间把人类进步推高一个台阶的技术爆炸了，无论是从理论科学还是应用科学的层面来讲
5G 人工智能 生物科技 量子计算机 等着瞧吧 颠覆你的想象 和 生活 有可能那一天 把你意识存到优盘 等到哪一天你挂了 给你换一个躯体 插上U盘 重启复活。
@@nifengshan 哈哈哈哈哈
李老师说说 当年和爱因斯坦同时竞争的理论学家吧！那些人都提出了什么理论，在实验中又是怎么被证伪的
量子力学一堆呢， 波尔、伯恩、费米、海森堡..... 然后爱因斯坦被证明是错的。
老师，在红宝石系统中，从E3激发态变到E2激发态的过程中，因为在第三层级的电子量和稳定性不够，所以无法在过程中激发足够的激光么？
存在时间太短，来不及激发都自主激发了，无法形成激光。
为什么光会诱导激发态的电子回到激发态？
老师能不能讲讲卡诺循环和奥托循环里的热能
讲过
这一期为什么没有字幕?
怎么感觉视频被剪过，老师说的一些话没放出来
从第五分钟好像有点迷惑，第一二基态上的原子还是电子???
基态上面的都是电子，电子才会有跃迁
@@alaxtsai6921 口误
光本身没有温度不温度的，光的颜色代表能级，可输出多大能量则视乎工质的规模，效率及能力。
老师辛苦了
最近刚好在做optical pumping的实验
棒
爱因斯坦是如何得出理论的呢？
老师讲的好啊
请问通商宽衣的那个人会做这个题吗。。。
应该会吧 毕竟核心也是会发光的
李永乐老师好，請問老师激光分class1,2,3的意思，谢谢老师
能量大小区别，相应不同防护级别
最近正好在用REMPI，来看看中文的激光基础理论理解的更深刻
老师啊，星战里面的光剑是等离子哦，不是激光
有没有玩儿Nd:YAG的朋友？用1064nm 532nm 355nm的？
20yrs ago ,I used to repaired such a laser writing WORDS on the surface of integrated circuit That replacing ink marking technology. The YAG laser advanced technology already moved into muzium .Today 2020 industry 4.0 using more advance micro(industry)/macro(military) lasers to replacing the oldest/older/old/outdated non-nanotechnology .
为什么高能级上的电子遇到光子会返回基态，而不是吸收光子向更高能级跃迁？
吸收不了，需要有更高能级对应
能量守恒定律还适用么？激发源是没有激光这么强的能量吧？距离远不发散应该是有强能量才能实现，电子移动释放的能量来源是哪里，或是说也类似核聚变的原理所以有很强大的能量释放？请李老师解惑啊
只是激发，不是充能。
简单回答一下：激光器还是有外接电源的 所以能量守恒成立
能量總和是一樣的
李永乐老师, 有时间可否讲解一下"比特币"...................因它跟数学和电脑/科技有关...........由其最近流行"掘矿"..........................谢谢!
老师主要是讲数学和物理的吧。比特币或者说区块链跟这两者似乎没什么直接关系，如果你问 比特币 与 挖矿 是何物，我想youtube上早已有数不胜数的视频讲解了。
錯!錯!錯!.......................比特币就是跟数学方程有关!!! 老师所讲的東西通通网上都有, 就是想听听他的讲解
你out了吧！ 这玩意是三年前就开始流行的。。今年开始都疲软了，矿难都发生了好几回
比特币热潮早都过了啊，你这消息不灵通啊！
数学是一个博大精深的学科，只是单纯和数学方程有关系的东西多了去了，在现代世界上你能找到几个和数学完全扯不上关系的东西。比方说看见一块石头你就可以想，如何证明世界上没有另一块一模一样的石头。
当年没好好看李老师的考研数学，现在在国外看李老师的视频 哈哈哈
能量聚中在点上 ，能量发挥质最大 。
老师让我知道了原来科学家其实也会有正常的喜怒哀乐~
激光还可以代替粉笔和黑板😛
收看
点对点无线保密通讯行不行？
所以受激辐射的原理是什么呢
为什么往回跑会发光
十的负九次秒是怎么测出来的呢
能不能见到惊动全人类的发现，这是活在现时每个热爱科学的人都想的吧
RW L 长生不老、可控核聚变，我最想见到这两个。
长生不老不实际，也不利人类发展，寿命翻倍还是可以的
请问有人在研究“反激光”吗？就是一束光射出去，立即被分散到无影无踪变成一个光子，人眼根本看不见任何光源，但实际上电灯是通电的。🤔🤔🤔🤔🤔
挺好奇爱因斯坦是怎么在那个年代得出这么多理论的