亚瑟·阿什金：用光留住生命
十岁那年，在大萧条时期的布鲁克林，亚瑟·阿什金 (Arthur Ashkin) 被一个克鲁克斯辐射计所吸引——那个小玻璃球里有黑白两色的叶片，当光线照射时它就会旋转。他研究发现是热量而非光本身在推动叶片，并注意到如果从外部加热玻璃球，叶片会反向旋转。六十年后，诺贝尔委员会将一半的物理学奖授予了他，以表彰他对他那个童年疑问的成熟解答：光束真的能抓住物质吗？它确实能。获奖时他已经九十六岁了，他说他对此并没有感到太兴奋。
布鲁克林、雷达以及先他一步的兄弟
阿什金于1922年9月2日出生在纽约布鲁克林，父亲是伊萨多·阿什金 (Isadore Ashkin)，他在十八岁时从敖德萨移民并在此建立了一家牙科实验室，母亲是安娜·费什曼 (Anna Fishman)。他们有三个幸存的孩子：哥哥朱利叶斯 (Julius)、亚瑟以及妹妹露丝 (Ruth)。朱利叶斯以令人敬畏的速度前进，他在二十二岁时获得了哥伦比亚大学的物理学博士学位，并最终担任了卡内基梅隆大学的物理系主任。
亚瑟在1940年从詹姆斯·麦迪逊高中毕业后追随他去了哥伦比亚大学。战争打断了他的学业；他作为技术员在辐射实验室度过了那段时光，负责为军事雷达制造磁控管，其主管名叫西德·米尔曼 (Sid Millman)，此人在他的人生中两次起到了决定性作用。阿什金于1947年完成了物理学学士学位，并获得了美国优等生之荣誉学会 (Phi Beta Kappa) 的荣誉，随后凭借《退伍军人权利法案》(G.I. Bill) 前往康奈尔大学，于1952年获得核物理博士学位，论文主题是电子-正电子散射。在康奈尔大学他遇到了艾琳 (Aline)，两人于1954年结婚，并携手度过了六十多年的婚姻生活。
贝尔实验室的四十年
当时在贝尔实验室的米尔曼推荐了他这位老部下。阿什金于1952年入职并工作了四十年。第一个十年他致力于微波和电子管的研究——这是体面但并不突出的工作。随后激光诞生了，1960年左右，阿什金彻底转向了非线性光学、光纤、参量振荡器和放大器领域。在20世纪60年代，他是压电晶体中光折射效应的共同发现者之一。他最终拥有四十七项专利。
但他从未放弃过辐射计的问题。光带有动量。这并不具有争议性——麦克斯韦 (Maxwell) 早就指出了这一点，彗星尾巴背向太阳也是因为辐射压力。问题在于这种力微小得荒谬。没有人预料到它能用于推动任何可见的物体。
光学镊子到底有何作用
阿什金的洞察力在于激光不仅能推动物体。将光束紧密聚焦会产生剧烈的强度梯度——焦点处非常亮，而在距离焦点几分之一毫米的地方则较暗。处在这个梯度中的透明颗粒就像一个小透镜，会弯曲通过它的光线。根据牛顿第三定律，弯曲光路的力会反作用于颗粒，净结果是一种力，将颗粒拖向最亮的点并将其保持在那里。
因此有两种力在起作用：散射力（将颗粒沿光束推动）和梯度力（将其向侧面拉向光束核心）。平衡它们就形成了一个陷阱。只要聚焦足够陡峭，仅靠梯度力就能用单一光束在三个维度上抗衡推动力从而固定颗粒。这就是光学镊子：一个被光束缠绕并被捕捉住的物体。
阿什金于1970年发表了第一篇关于光学捕获的论文。贝尔实验室的理论物理部门起初拒绝了它；他的上司鲁迪·孔普夫纳 (Rudi Kompfner) 驳回了他们的意见，并让他直接投递。这成为了当年引用率最高的论文，自那以后引用量已超过五千次。1971年，他对抗重力悬浮了小玻璃球。单光束梯度陷阱——真正的镊子——在20世纪80年代出现，该技术通常被认为诞生于1986年。
从玻璃珠到活细胞
让阿什金在物理学界之外出名的一步是生物学应用。他发现自己不仅能捕获乳胶球，还能捕获细菌、病毒以及最终的完整活细胞，而且至关重要的是，通过切换到红外光，他可以在不烹煮它们的情况下完成操作。突然间，生物学家有了一双足够小的手来握住单个细胞器。光学镊子后来被用于测量驱动蛋白 (kinesin) 沿着微管行走所产生的分子力，拉伸单个DNA分子，并在不接触的情况下操控单个细胞。
物理学界还有一项平行的遗产。阿什金的捕获工作为朱棣文 (Steven Chu) 的原子激光冷却和捕获奠定了基础，这使朱棣文获得了1997年诺贝尔奖的份额，并由此直接促成了玻色-爱因斯坦凝聚和原子激光器的发展。
迟到二十年的奖项
2018年10月2日，九十六岁的阿什金被授予了诺贝尔物理学奖的一半，以表彰他发明了光学镊子，这种镊子能够用激光束“手指”抓住粒子、原子、病毒和其他活细胞。热拉尔·穆鲁 (Gérard Mourou) 和唐娜·斯特里克兰 (Donna Strickland) 因啁啾脉冲放大技术分享了另一半奖项。他是获奖时有史以来最年长的诺贝尔奖得主，这一纪录仅保持了一年，直到约翰·古迪纳夫 (John Goodenough) 以九十七岁高龄获得化学奖。
其他荣誉也稳步增加：1984年当选美国国家工程院院士，1996年当选美国国家科学院院士，1988年获得查尔斯·哈德·汤斯奖 (Charles Hard Townes Medal)，1998年获得弗雷德里克·艾夫斯奖章 (Frederic Ives Medal)，2003年获得约瑟夫·F·基思利奖 (Joseph F. Keithley Award)，2004年获得哈维奖 (Harvey Prize)，并于2013年入选国家发明家名人堂。他于1992年从贝尔实验室退休，但仍在新泽西州拉姆森家中的地下室实验室里继续工作。
为什么亚瑟被称为天才
在阿什金的职业生涯中展现出的品质并非原始的分析能力——他不是理论家，而且辐射压力的物理学在他涉足之前就已经确立了。这是一种更罕见且更难教授的特质：一种异常字面的想象力，加上长达五十年在没有机构鼓励的情况下追踪一个问题的耐心。
每个人都知道光携带动量。阿什金是那个问如果真的尝试用它拿起东西会发生什么的人，并不断制造设备直到它起作用。1970年的论文被他自己机构的理论组拒绝了。他实际上被告知，这种效应太微弱而无关紧要。他是对的，他们错了，使他正确的是一种关于透明珠子如何折射光束的物理直觉——这是一个心理图像，而不是方程。
诚实的反对意见是：他没有发现新的物理学。光学镊子是对已知原理的辉煌应用，诺贝尔奖最终是授予了一个仪器。当时的贝尔实验室是一台将优秀人才转化为高产人才的非凡机器，阿什金在那里度过了四十年，且有一位愿意无视怀疑论者的上司。使该技术不可或缺的许多生物学工作是由其他人完成的。真正属于他的是原始想法的固执，以及一项现今在世界各地的实验室中使用、源于一个男人拒绝放弃他在童年盯着旋转玩具时首次提出的问题的技术。
遗产
阿什金于2020年9月21日去世，享年九十八岁。他的三个孩子——在康奈尔大学担任艺术教授的迈克尔 (Michael)、太极教练朱迪思 (Judith) 以及陶瓷科学家丹尼尔 (Daniel)——都没有跟随他进入物理学领域。他的仪器做得更好。光学镊子现在是细胞生物学、生物物理学和原子物理学的标准设备，而将单个活细菌静止地保持在光束中的能力，在1970年听起来像魔术，现在则是研究生午餐前就能设置好的实验。
