在中国空间站上,一团原子被冷却到了 10皮开尔文 ——这是有记录以来最低的温度,距离物理学意义上的绝对零度只差一点点。 这项实验由空间站上的科学家完成,他们用激光陷阱把原子"关"了起来。相关结果于 11月5日 发表在期刊《科学》(Science)上。 要理解这个数字有多低,得先知道绝对零度是什么。绝对零度是物理学中理论上的最低温度,等于 零下273.15摄氏度 (零下459.67华氏度)。按照定义,达到这个温度时,物体内所有粒子都会停止运动。10皮开尔文,就是在这个终点线上方极近的位置。 科学家用的工具叫"光镊",正式名称是光学偶极阱(optical-dipole trap,ODT),原理是用一束激光把原子留住。研究团队把 2万个铷原子 放进这个陷阱,以此限制它们的运动。 运动被限制住,再加上空间站低重力环境带来的失重条件,这团原子云冷却到了地球上难以达到的低温。研究团队表示,实验结果可能有助于改进未来的空间研究。 他们在论文中写道:"这一创纪录的低温,可能催生新一代基于光学偶极阱的空间量子模拟与精密测量实验。" 那么,还能不能更低?尽管取得了这项成果,科学家能否真正抵达绝对零度仍然存疑。热力学第三定律的一种解读是:系统在接近绝对零度时,粒子总会带有一些熵(无序),这使得绝对零度无法实现。 密苏里州立大学物理学教授赛巴尔·米特拉(Saibal Mitra)在2024年接受采访时说:"第三定律的一个版本指出,达到绝对零度需要无限多步,这意味着你永远到不了那里。" 他补充说,如果科学家真能达到绝对零度,热力学第二定律也会被违反——该定律指出熵总是增加的。"如果你有一个处于绝对零度的热沉,那你就能造出一台效率100%的机器。" 不过,太空确实让逼近绝对零度变得更容易。据Science News报道,微重力让原子得以"漂浮",冷却效率更高。研究人员把这团失重状态下的原子制成了一种量子物态——玻色-爱因斯坦凝聚态。在这种状态下,极冷的原子聚成一团,表现得如同单个原子,形成物质的"第五态"。 空间站这团极冷的原子,此前也有同类实验铺垫。据Science News报道,国际空间站上的类似实验曾达到 52皮开尔文 ;另一次利用高塔自由落体实现的失重环境中,原子达到了 38皮开尔文 。 从52到38,再到10,温度纪录被一步步压低。而每一次压低,都不只是数字游戏——它意味着人类在太空里操控量子物质的手,又稳了一点。 特别