全台近視人口超過1300萬,其中不少人都會選擇雷射近視矯正手術。這項手術得以精準切割角膜,技術其實和諾貝爾獎113年來第三位女性得主,也是55年來首位諾貝爾物理獎得主,加拿大滑鐵盧大學(University of Waterloo)物理及天文學系教授史崔克蘭(Donna Strickland)有關。
由於過去雷射太強,容易燒壞機器,切割角膜時也容易造成熱傷害。因此,史崔克蘭和美國物理學家亞希金(Arthur Ashkin),以及她的博士論文指導教授穆胡(Gérard Albert Mourou)一同開發出「啁啾脈衝放大技術」(Chirped Pulse Amplification,CPA),使雷射能精準切割角膜卻不會產生熱傷害,促成今日近視雷射手術的普及,因而在2018年榮獲諾貝爾物理獎。
這場超過30年的學術長征,「背後其實伴隨無數次的挫折與失敗,」史崔克蘭日前在由台大「宋恭源先生頂尖研究講座」、世界和平基金會(International Peace Foundation)、中央研究院與多所國內大學聯合推動的「台灣橋樑計畫」邀請訪台並接受專訪時表示。

史崔克蘭回憶,祖父一天小學都沒讀過,一家人只能靠捕魚維生。比她父親大兩歲的伯父讀高中時,鎮上甚至沒高三課程可上。不過,史崔克蘭的伯父表現優異,老師認為不能浪費這份才華,主動幫他找函授課程,甚至一位銀行家的妻子也資助其學費。就這樣,史崔克蘭的伯父成為鎮上第一個上大學的人。正因伯父開了先例,父親後來求學時就不必歷經這番掙扎。
同樣的故事也發生在史崔克蘭的母親身上。外祖父雖從農,卻深諳教育重要性,讓母親和阿姨成為農村裡最早讀大學的兩位女性。正因父母背景,「教育」成為她成長歷程中不可或缺的養分。
不甘只做「安妮的妹妹」,意外闖入雷射世界
但後來會一路在光學與雷射上深耕,則是意外。
高中時期,史崔克蘭第一志願是到加拿大數學強校滑鐵盧大學數學系。那時的她骨子裡有一份跳脫舒適圈的叛逆。面對姊姊和好友都到該校讀工程,她告訴自己,「絕對不能去那裡,否則只會繼續當『安妮的妹妹、蘇珊的朋友。』」
「既然不能到滑鐵盧讀數學,在別的地方讀數學就太傻了,」史崔克蘭斷然放棄數學這條路。但還有其他選擇嗎?她想了想,除了數學,就是物理,並在翻閱大學簡章時,發現離家不遠的麥克馬斯特大學(McMaster University)有工程物理學程,其中之一還是讓她覺得很酷的「雷射與電光學」,於是進入該校就讀。
大二暑假時,史崔克蘭和一位專長為雷射的教授做研究,發現雷射在現實生活的用處極廣,讓她就此一頭栽進雷射世界,並攻讀美國羅徹斯特大學(University of Rochester)物理學博士。
設備不穩、數據全無,兩度萌生退意
然而,看似能全心投入有興趣的雷射領域,卻一路跌跌撞撞,甚至心灰意冷。
當時,雷射設備極度不穩定,加上對光學材料特性掌握不足,舊型雷射散熱又慢,每一次測試都要等待冷卻,試錯成本極高,可說是一場克服硬體設備與未知物理特性的漫長戰役。
「讀博士班有兩次認真考慮過退學,」史崔克蘭甚至從美國返回加拿大老家仔細思考是否該繼續這條路,但最後心底出現一個聲音,「就算你退學,你也不知道自己能做什麼。」就這樣,她返回實驗室,再也沒想過要放棄。
1982年,終於出現曙光。美國麻省理工學院(MIT)林肯實驗室物理學家莫爾頓(Peter Moulton)開發出一種新型雷射增益介質——摻鈦藍寶石(Titanium-doped sapphire)。
藉由它,能產生時間極短的光脈衝,讓雷射不需要巨大能量,就能達到極強的瞬間功率,也使高階雷射設備變得更親民。更重要的是,它反應快、散熱佳、容易產生短脈衝的特性,解決史崔克蘭遇到的困難,也促成「啁啾脈衝放大技術」問世。
每天花九成精力調校設備,以堅持換來榮耀
她坦言,一開始只覺得在博士班第四年、26歲之際,終於有第一篇論文產出。但後來這項成果,也讓她從只能在台下看同事演講的人,成為在講台上分享研究的知名學者。
事後回想,史崔克蘭認為,能突破一切障礙的原因,就在兩個字,「堅持」。從事雷射實驗,設備往往在極限狀態下運作,每天早上都要花90%的精力調校每一個零件,才能讓雷射恢復到前一天的狀態,而真正做實驗的時間可能只剩10%,需要極大毅力,特別是設備故障,一切得從頭再來的時候。
這項突破性研究,幫助史崔克蘭在1989年拿到博士學位,而後她也陸續多所知名大學、機構從事研究工作,並在1997年進入滑鐵盧大學任教。
遲來的桂冠!諾貝爾獎與女性抬頭
2018年,她榮獲諾貝爾物理獎,是113年以來第三位女性獲此殊榮。史崔克蘭不諱言,「身上承受巨大壓力。」所幸,情況正在改變,在史崔克蘭之後,又有兩位女性獲諾貝爾物理獎肯定,讓她成為在世的多位女性得主之一。
隨著社會愈來愈重視平權,女性面臨的挑戰與困境與過去不同,但她仍期許,無論性別為何,「投入科學必須是因為你真的想做,因為這條路不總是能得到社會認同與肯定。」
特別是以好奇心驅動的研究,走到實際應用的過程往往比想像中更漫長,如「啁啾脈衝放大技術」到廣泛應用在近視雷射手術、精密工業,歷經逾20年。史崔克蘭認為,必須理解並感激這種科學的本質,把無窮的興趣轉化為續航力,才能持續創造對社會有幫助。
科學界的新戰場:對抗假訊息與重建信任
除了漫長的研發歷程,史崔克蘭也發現,當代科學發展另大阻礙,來自社會對科學真相的誤解。
她舉例,1998年,英國醫師菲爾德(Andrew Wakefield)聲稱麻疹疫苗會導致兒童自閉症,該篇造假論文甚至還登上權威期刊《刺絡針》(The Lancet)。即便科學界後來證實該研究數據造假、樣本不足,並正式撤稿闢謠,確認麻疹疫苗與自閉症完全無關。
但恐懼仍透過社群媒體、網紅傳播,不少家長因此拒絕讓孩子接種疫苗,使原本在北美絕蹤的麻疹,如今又因群體免疫破口捲土重來,甚至造成孩童死亡。這顯示無論是多嚴謹的科學數據,往往難以抵擋社群媒體訴諸情感的錯誤資訊。
史崔克蘭認為,人類做決定往往基於情感與靈魂,而不是大腦。因此,科學界必須學會如何觸動人們的情感和靈魂,她和一群志同道合的科學家也正在尋找改變現狀的方法。
從研究本身可能無止盡的挫敗,到外在信任危機,史崔克蘭始終看似保持樂觀。然而,她坦言,世界上很多事還是會讓她失去樂觀,但她自認是個知足的人。
正因如此,她才能從困境中不斷發現美與希望,並轉化為學術漫漫長路的熱情助燃劑。畢竟,科學的光芒往往不在於瞬間的閃耀,而在於長夜中對未知的誠實凝視,這才是推動人類文明前行最低調卻堅實的力量。