挑战绝对零度 NASA冷原子实验室升空 将创造宇宙有史以来最低温度

根据热力学第三定律，绝对零度是宇宙中永远无法突破的极限温度，但科学家从没有停止过对绝对零度的挑战。为了创造出世界上最低的温度，NASA刚刚向国际空间站（ISS）运送去了一台特别的科学仪器，它将创造出有史以来宇宙中的最低温度。

这一仪器叫做“冷原子实验室（Cold Atom Laboratory）”，其内置的激光与磁铁装置可以将原子云冷却到绝对零度以上约1/10亿摄氏度，此时原子移动非常缓慢，表现出微量子现象。通过这种方法可以帮助科学家研究超冷原子的特异量子特性。

冷原子是将原子保持在一个极低温的状态（接近绝对零度，0K），一般来说其典型温度在百纳开左右。在这样的低温状态下，原子的量子力学性质变得十分重要。在地球上，要到达如此低的温度，需要好几种技术的配合使用。首先将原子囚禁于磁光阱中，并用激光冷却预冷。再利用蒸发制冷，以达到更低的温度。

冷却到绝对零度附近的原子云也叫做玻色-爱因斯坦凝聚体。这种独特的物态在地球上也能够制备，但由于地球引力的存在，玻色-爱因斯坦凝聚体会在瞬间消失，通常只能观测到几分之一秒。而国际空间站的微重力环境将克服这一重大问题，位于地球上的科学家能够远程操作仪器，观测玻色-爱因斯坦凝聚体长达10秒。这也将成为迄今为止观测时间最长的一次。

玻色-爱因斯坦凝聚体是一种超流体，其粘度为零。研究人员Anita Sengupta表示，如果把超流体放入杯中，并令它旋转起来，那么它会永远旋转下去（分子间没有摩擦力来消耗动能）。如果我们能更好地理解超流体的物理性质，那将对我们学习使用这些性质以更有效地传递能量提供巨大的帮助。

此外，这一研究还能帮助我们提高对超导性，以及超导量子干涉器件、量子计算机和激光冷却原子钟等装置的应用。冷原子可以被精确的操控，可以用于研究量子信息学，冷原子系统是实现量子计算的众多方案中非常有前景的之一。它甚至可以帮助我们检测和理解暗能量——一种加速宇宙的膨胀的未知能量，最终重塑人类对物质和重力的基本性质的理解。

冷原子实验室并不是此次运往国际空间站的唯一科学仪器。火箭还将携带手持六分仪来测试紧急恒星导航技术，还有生物分子测序仪，用于对国际空间站上发现的微生物进行测序。

文/朱张航宇