设想有这样一种场景：在某个星期天的下午，1千辆汽车朝一座足球场驶来，汽车长队绵延数里，司机们正在等候将汽车停放到足球场内，一盏交替变幻的指示灯，通过箭头显示控制着车的流量。当绿色箭头朝向左闪亮时，汽车便向A区驶去|而当箭头朝向右显示时，则汽车就开进B区。一小时过后，两块场地上各停放了500辆汽车。

假如有人想改变汽车驶入停车场的行车速度或两座停车场内的停车数量，例如，我们想让A区停放800辆，而B区只停放200辆汽车，此时又该如何去指挥这些车辆呢？

这个问题回答起来并不难，只要我们把红绿灯的显示时间改变一下就行了。

同样道理，化学家们通过类似方法，即利用激光来达到控制化学反应速率和方向的目的。

如果给定一组可能会以两种方式结合的分子，科学家们想知道怎样才能更有效地利用激光来促使化学反应朝着既定方向进行，也即引导这组分子像汽车开进停车场那样，把分子引到十字路口，

传统的化学反应做法一般都采用将各类元素混合在一起，然后再加热的方式。这种反应只是把各种试剂掺合到一块，通过加热加压，让研究人员观测化合物是怎样被蒸煮出来的。但该加热方法的缺点是，分子在能量释放时会出现无规则运动。能量能将老化学键断开，制造出新的化学键来，并冲破阻挡层实现转变和过渡。

科学家们发现，如果利用激光来引导上述化学反应，则能有效克服传统化学反应中所出现的无规则运动难题。由于激光能将微细均匀的能量束投射到微小的靶子上，因此近年来重又激起化学家们的兴趣，他们在考虑该怎样将其用于诱发化学反应中来。

从理论上讲，只有能量光子才能推动原子进入激发状态，进而完成制造或打断化学键，或因受到其它分子排斥后而被某些分子吸附的过程，但在实践中，要想在试验室中完成对化学反应的精确控制看来并不是件容易事。

直到最近，才有一些化学家研究小组将这种理论付诸实践，他们开始利用激光来控制简单的分子反应。

美国伊利诺斯大学化学家罗伯特 · 戈登（Robert Gordon）及其同事最近通过向二硫化氢分子照射不同波长的远红外激光束，完成了相干控制。两条激光束以不同方式照射分子，并通过变化不同的相位一两束激光波峰及波谷的相对位置，研究人员即能达到控制分子分解的目的。

研究人员开始采用含有两个氢原子和一个硫原子的分子，便控制了该分子的电离速度，进而首次成功地完成了利用激光引导带有两个以上原子的分子发生化学反应的全过程。

最近，戈登小组在一次利用碘化氢分子的小规模试验中，他们只是改变了一下两束激光之间的相位差，便又成功地完成了两种不同反应产品的数量变化。

科学家称戈登小组所做的成功试验之所以重要和令人振奋，是因为他们采用了最新颖的手法，即利用激光的相位特性完成了光化学反应的控制操作。

通过对两束激光相位位置实施微调，研究人员就能将分子推入规定的高能状态。

激光可使原子膨胀，一枚电子此时便进入高轨道等待喷射，此时的分子即可释放一个电子，也可断开一个键。而这种膨胀刚好为既定反应的发生铺平道路。

如果你有两种生产一个分子产品的方法，那么就能采用每一激光束之间的相位差来达到调节反应速度的可能，如果激光束不只一条，此时你便可能利用多条光束控制化学反应按既定方向发展。

这样，我们就可以选择所规定的化学键并用激光脉冲将其断开，进而能通过比较来决定增加或减少某种反应产品。

加州大学化学家威尔森（Kent R. Wilson）及其同事利用激光通过不同方法来刺激分子。但他们只改变激光脉冲形状，而不是利用两束激光来达到干扰分子的目的。

不论是威尔森，还是戈登所采用的方法都是利用相干光来引导化学反应。所不同的是，威尔森输送了光能，而不是调节两种不同光束间的相互关系。他们的仪器释放出一系列能量超短波脉冲串，或只有毫微微秒的脉冲，而每次脉冲持续时间只有亿万分之一秒，据威尔森称，每次脉冲发射实际上都是对能量波的一次大检验。在某些情形下，被发射脉冲还得要经受住线性调频脉冲或频率正负符号差的干扰。通过对激光波形的修正，科学家们即能将非常精确和有效的能量送达分子处，并能刚好击落到分子上，进而达到引发既定反应的目的。

在近期出版的《物理周刊》上，威尔森就激光是怎样将修正后的能量振动波包送达分子，并使原子处于激活状态进行了描述。通过理论论证找出修正激光脉冲的最佳方法，研究人员称试验结果比人们原先预想的要好。

我们不仅仅是为了利用激光将物质激活，并观测我们改变脉冲性能的结果。我们在为材料系统选择了一个目标，，且预测到了一种最佳的能够实现目标的场景，并企图在试验室中完成这一目标。

开发激光控制技术，早已成为化学家们梦寐以求的奢望。科学家们不禁怀疑，能否开发出一种可利用激光对原子和分子量性进行专门控制操作的简单方法I能否开发一种能够制造出令人神奇的新型分子，分子状态甚至分子装置，如程序光学仪或超微型机械等的合成方法。

自理论家首先提出利用激光作为媒介实施对分子控制以来，1986年，多伦多大学化学家保罗 · 布鲁默（Paul Brumer）完成了利用量子机械干扰法，并通过激光照射而达到控制物质的攻关课题。随后，芝加哥大学化学家大卫 · 坦纳和斯图尔特 · 赖斯（David Tannor，Stuart Tice）又提出通过交替改变激光瞬时脉冲串来达到上述相同效果的目的。

由于有了这两条理论范例，它竟完全控制和改变了许多试验室的试验项目及其计划。随着试验工作的逐渐展开，确实结出了令人兴奋不已的丰硕成果。例如，戈登研究小组的研究成果成了《布鲁默-夏皮罗方案》的有力见证；而威尔森小组it确立了《坦纳-赖斯》模型。

加拿大国立研究院的物理学家保罗 · 科克姆（Paul Corkum）和伊曼纽尔 · 杜邦（Emmanuel Dupont）发现了另一种利用激光控制分子特性的新方法，他们搞清了激光是怎样改变了半导体中的电流方向的。

两位科学家在5月出版的《物理周刊》上详细叙述了如何通过使两束激光结合，使其相位差有选择地引发半导体材料中受刺激电子左右移动的试验报告。而且，其效果也是延续性的。他们不仅能可靠地控制所发生的电流量，而且还可以控制电流的方向。

在以上所述三种方法中，研究人员均克服了利用激光控制电子方法中的技术障碍。尽管激光化学概念已宣传了十余年，但仅有的试验报告还是屈指可数的。但从上述三例试验结果来看，还是令人欣慰和兴奋的。

普林斯顿大学物理化李家赫谢尔 · 拉宾茨（Herschel Rabitz）从激光控制化学技术中衍生出一种交替法，拉宾茨及其同事通过采用数学控制理论提高了光化学反应效率、与大块固体物质有所不同，分子运动根据其能量的大小往往有呈连续性、旋转性和振动性的特点。拉宾茨的方法是利用特定的激光脉冲改变分子内部运动，以一种特有的可诱发反应发生的方式使一个分子产生振动，你必需要知道该采用哪一种光脉冲才能使分子在瞬间发生抽动，也就是说，我们的研究目标是，根据我们发出的音乐节拍让分子翩翩起舞。

利用激光化学技术的最终结果会给我们带来什么，它的目标是否现实？布鲁默暗示，这项技术会首先在制药工业中得到应用。多数分子都要在经历了左右方式传递后才会成形。在某些情形下，利用其中一种形式便能生产出治病药，而相反则会引起伤害。

制药公司每年都要花费大量的时间和费用展开对分子的筛选和分离工作。如果利用激光技术能加速药物的合成，既可生产出大量的不含副产的化合物来，且某些药品还会变得安全和廉价。

同样道理，利用激光控制半导体技术就能开发出新型光敏开关，这无疑会对计算机和通讯系统的改进具有潜在的促进作用。1986年，有关这方面的试验走在丁理论的前面。原来人们认为激光化学不可能解决的事情，我们却有了试验结果。

在过去几年间，随着激光技术的爆炸性开发，使过去被认为是不可能解决的事情变成了现实。尽管我们现在对分子内部运动情况尚不完全了解，但我们现在已经完全接近到了它的边缘区域，这为下一步搞清分子的运动规律提供了详细认识。

这种认识不仅会引导我们发现分子及材料原子与原子间的结构，或许还会为合成太阳能提供一套改善方法。地球上最大的太阳能系统——绿色植物完全能将太阳射线转换成化学能，其效率可达95%以上。利用光控化学技术或许在将来某一天还能合成光丰收系统。

威尔森称，利用激光控制技术或许能使某些化学家们遐想的“迟夜梦”变成现实。甚至包括所有的梦想，没有越不过去的火焰山。

我们希望加速这种梦想的进程，完善我们的研究成果，即使最终的结果偏离了我们最初的目标，只要有价值我们也算是没白费工夫。

[Science News，1995年5月27日]