Katharina：说实话，刚开始的时候你会有些迟疑。你看到一个似乎确实由光波驱动的电流信号，但第一反应还是逐一排查各种可能：我是不是漏掉了什么？我们真的把所有问题都考虑清楚了吗？误差可能藏在哪里？

只有当你亲自排除了所有可能产生假信号的来源之后，才会真正感到兴奋，而随之而来的，还有更强烈的好奇心。从那一刻开始，我们只想继续测量，看看还能发现什么。事实上，还有太多未知等待我们去探索，而这也正是科研最令人着迷的地方。

Katharina：激光系统最先搭建起来。论文第一作者 Simon Maier 和我的博士导师 Rupert Huber 使用经过自行改装的商业模块设计了整套系统。

真正耗费时间的是之后的工作，包括优化光学波形、达到测量所要求的稳定性，同时还要搭建一台适合实验需要的扫描隧道显微镜。

测量中最困难的问题是热稳定性。近红外光会给针尖和样品带来相当大的热负荷，即使激光功率只有极微小的变化，也可能引起远大于我们真正想测量的光波驱动电流的变化。

通常可以通过周期性切断光束来分离信号，但在这里行不通，因为光束的开关本身会产生热效应，足以淹没真正的信号。最终的关键思路，是改为调制脉冲的载波包络相位，并让所有信号锁定在同一个参考基准上。

Raffael：还需要强调一点，完成这项实验所需要的远不只是一种新型激光源。扫描隧道显微镜也是专门为这些实验自行设计和制造的，而激光系统则与它同步开发。

要把两个处于前沿的研究领域结合起来，需要 Jascha Repp 和 Rupert Huber 两个研究组之间非常紧密的合作。双方建立了联合研究体系，将扫描探针显微技术与超快光波科学的专长结合起来。对于博士生而言，这是一个非常令人兴奋的研究环境，因为我们能够在两个互补领域的交汇处开展工作。

在真正确信测量结果可靠之前，我们反复验证了实验中的各个环节。我们测量了激光的热稳定性，也测试了扫描隧道显微镜的机械稳定性，甚至故意制造热伪影，只为了弄清热电流究竟有多大，以及测量灵敏度必须达到什么程度，才能确保真正的信号不会被它掩盖。

从一开始，我们对希望揭示的物理现象已经有一个大致概念，但实际实验仍然带来了许多意外。最令人兴奋的过程，是逐渐理解信号中丰富而复杂的细节，包括振荡行为、对延迟时间的依赖，以及对具体波形的依赖。

我们一步一步建立起一个彼此一致的物理图景。与其说过程中有某个戏剧性的发现时刻，不如说是经历了一连串小小的“原来如此”。许多理解都来自不断的讨论和思想碰撞，而参与讨论的人各自在自己的领域拥有专长。

Katharina：500阿秒的延迟听起来非常抽象，但它实际上告诉了我们一件相当根本的事情。

我们通常把隧穿想象成一个瞬时过程，仿佛只要势垒降低到足够程度，电子就会立即穿过去。但到了阿秒尺度，我们看到情况并非如此。电子不会立刻跟随光场变化，它的电流响应峰值大约出现在驱动光场峰值之后半飞秒。

原因在于电子本身需要一点时间作出响应。它并不是在电场最强的那个瞬间发生隧穿，而是在稍晚一些、被加速到足够速度之后才穿过势垒。

换句话说，我们开始分辨出电子自身固有的响应时间，也就是系统真正需要多长时间作出反应，而不是由外部激光人为设定的时间尺度。

正因为如此，这个延迟对我们非常重要。实验由此进入光与物质相互作用的过渡区域。这个中间区域由所谓的凯尔迪什时间（Keldysh time）决定。在这一范围内，光场振荡的时间尺度与电子自身响应的时间尺度相当，因此电子既无法瞬间跟上光场，也不会完全不受它影响。

Katharina：这个比喻其实很自然地来自实验本身的工作方式。

高速相机之所以能够冻结快速运动，是因为它用极短的快门连续拍下许多瞬间，然后再把画面一帧一帧播放出来。我们所做的事情本质上非常相似。

我们的“快门”是一个单周期光脉冲，而所谓的“画面帧”，则通过改变两个激光脉冲之间的时间延迟来获得。每一个延迟值就相当于一帧画面。由于延迟能够以阿秒精度调节，我们便可以看到电子究竟是在什么时刻穿过势垒。

Katharina：我们思考这个问题时，是从一个听起来几乎过于简单的问题开始：我们能不能同时在空间和时间上观察一个电子？

从量子力学本身来看，似乎是可以的。能量与时间之间存在不确定关系，位置与动量之间也存在不确定关系，但位置与时间之间并没有这样的关系。

因此，从理论上看，如果我们在时间上塑造一个电子，它在空间中的大小应该保持不变。然而事实并非如此。

处于单一、确定能态中的电子，例如氢原子的1s轨道，已经可以达到非常高的空间局域程度，大约只有一个埃。但与此同时，它本身什么变化也不会发生。

一旦我们要求它在阿秒时间尺度上运动，就必须把许多不同的量子态叠加起来，而这种叠加会使电子在空间中扩展开来。

空间和时间在基本原理上并没有直接联系，但电子的动力学过程却把两者联系在了一起。这就是我们所说的“时空极限”。

Raffael：团队里的每个人都有自己的专业领域和特别擅长的部分，所以从某种意义上说，分工确实是自然形成。不过，整个过程也少不了大量来回讨论。

Simon 和我尤其容易在实验做到一半时陷入长时间讨论，把每一个细节都研究得非常深入。Katharina 则行动力很强，往往是她把我们从讨论中拉回来，提醒我们该继续做下一次测量了。

现在回头看，这样的组合其实非常有效。面对如此精密的实验，你既需要深入讨论，也需要有人不断推动工作向前。

Raffael：最令我们兴奋的是，把阿秒级时间精度与亚埃级空间精度结合起来，可以打开一条任何一种技术单独使用时都无法抵达的道路。

分子是构成生命的基本单元，而化学反应几乎无时无刻不在我们周围发生。化学已经积累了数量庞大的反应体系，但在绝大多数情况下，我们只能看到反应发生之前和发生之后的状态，却看不到中间究竟发生了什么。

如果有一天能够真正看到那些中间过程，一点一点追踪电子如何重新排列，观察化学键如何形成或断裂，那将非常不可思议。

想象一部阿秒尺度的分子电影。

通过以阿秒时间精度追踪波形驱动的电流，我们或许能够在单个分子内部，同时从真实时间和真实空间中解析化学反应过程中电子的运动。

Raffael：或许最令人印象深刻的是，我们日常使用的许多技术其实早已依赖固体中的快速电子动力学，只是平时几乎不会意识到这一点。现代电子技术和光学技术中，有很大一部分最终都归结为电子如何在材料中运动。

Katharina：是的，我们平时完全把这些现象视为理所当然。但当你真正长期在阿秒尺度上工作之后，就会开始在周围世界中意识到那个平常看不见的层面，而看待世界的方式也会随之改变。

物质从来不是真正静止。

一切都在超快时间尺度上不断变化，而我们直到现在，才开始拥有真正能够看见这些变化的工具。