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宇宙最冷的地方在哪里?
 

宇宙最冷的地方在哪里?不在月球,尽管月球的温度可达到零下192摄氏度。最近,科学家可以告诉你,最低温度是在地球上最近看到的。不久前,麻省理工学院利用激光冷却技术,成功将体积相当于硬币大小的物体冷却到接近绝对温度零度,创造了激光冷却相同体积物体的最低温度纪录。

保持最低温度纪录

在超冷物理学中,低温下的粒子特性与常温不同。一些液化气体会变成“超流体”,而一些绝缘材料则会变成所谓的超导电体。在绝对零度下,意味着物质绝对不残留有任何一点点能量。然而,物理学家从来没有达到他们想得到的最低温度——绝对零度,零下273.59℃。

尽管如此,还是有一些科学家极力创造这种极限温度,麻省理工学院就有一支这样的科学家,目前还保持着2008吉尼斯世界纪录的最低温度纪录――绝对零度以上万亿分之810华氏度。这是沃尔夫冈·凯特乐及其同事于2003年创下的。

凯特乐向记者展示了这一纪录是如何创下的。他让大家戴上护目镜,以防止激光耀眼的光芒弄瞎了眼睛。他用激光让粒子慢慢停下来,从而冷却快速运动的原子粒子。他带领大家从他阳光明媚的办公室出来,穿过大厅,来到一间暗室里。房子里布满了相互连接的电线,小镜子、真空管、激光源和高性能电脑。他指着一个黑箱子兴奋地说:“就是这里。这是我打造最低温度的地方。”

凯特乐的成就源自他专攻一种名为玻色-爱因斯坦凝聚(Bose- Einstein Condensation,简称BEC)的全新物质形态。此新形态为什么冠以玻色、爱因斯坦的名字呢?有这样一段插曲:1924年,印度物理学家玻色对光粒子进行了这方面的理论研究,并把重要的研究结果告诉了爱因斯坦。

之后,爱因斯坦于1925年预言,如果将某些原子气体冷却到足够低的温度,那么所有原子会突然以可能的最低能态凝聚,它们将会像听从口令的士兵一样,编排成步调一致的整齐行列。一团混乱的气态物质,将会在顷刻之间,转换成高度有序的物质状态,物质的这一状态后来被称为玻色-爱因斯坦凝聚。

70年之后,凯特乐和其他2名科学家几乎同时制造了首个玻色-爱因斯坦凝聚。他们3人为此获得了诺贝尔奖。凯物乐以此研究基本的物质特性,如可压缩性,更好地了解超自然的低温现象,如超流动性。最终,凯特乐像许多物理学家一样,希望发现新的物质形态,在常温下可用于像超导体,以改革人类的能源利用。

将光减速到静止状态

另一打造最低温度的科学家是哈佛大学的雷尼·维斯特加德·华,其最佳成绩是绝对零度以上百万分之几华氏度,接近凯特乐的成绩。而且雷尼也制造出了玻色-爱因斯坦凝聚。她说:“我们现在每天都制造玻色-爱因斯坦凝聚。”在她的实验室里,角落处的一个台球台大的平台看起来像迷宫,有许多微小卵形镜子和钢笔芯大的激光束。通过利用玻色-爱因斯坦凝聚,她和她的同事做了一些不可能的事情:他们将光减速到静止状态。

我们知道,真空下的光速不变,为297874公里每秒。在现实世界不同于真空,当它经过玻璃或水时,光不仅会弯曲,还会慢慢减速。此外,再没有什么能比得上雷尼将闪耀的激光光线变成玻色-爱因斯坦凝聚:就像将棒球扔进枕头中一样。她说:“首先,我们将其速度减慢到自行车的速度,再减慢至爬行速度,我们确实能让它停止。观察它,和它玩一把,之后再把它放走。”雷尼利用玻色-爱因斯坦凝聚发现自然光的更多特性,并知道如何如何利用“慢光”来提升电脑处理速度,为贮存信息提供新途径。

然而,并不是所有的超冷研究都利用玻色-爱因斯坦凝聚。比如,芬兰物理学家朱哈·托里尼米奇妙地控制了铑原子核,获得了绝对零度以上万亿分之180华氏度的低温。这一温度虽然没有上吉尼斯世界纪录,但专家认为胜过了凯特乐的成绩。

 


 
 
 
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