接近绝对零度:让原子和分子完全停止运动的点
本文摘要:如果仅仅用肉眼判断,我们会觉得静止的物体就是完全“不动”的,似乎看不出任何运动。但如果给我们一个“量子透镜”,使我们能够看到单个原子尺度的物体,就会发现一个新的天地:一颗放在桌上的苹果,看起来就会变成一堆振动的粒子,在活跃地运动着。 温度可

如果仅仅用肉眼判断,我们会觉得静止的物体就是完全“不动”的,似乎看不出任何运动。但如果给我们一个“量子透镜”,使我们能够看到单个原子尺度的物体,就会发现一个新的天地:一颗放在桌上的苹果,看起来就会变成一堆振动的粒子,在活跃地运动着。

温度可以看作衡量我们周围的原子和分子运动量和速度的一种指标。当物体被冷却时,它们的分子运动得就更少。“绝对零度”就是那个原子和分子完全停止运动的点。

然而,量子力学认为,由于不确定性原理,完全不存在运动是不可能的。相反,在量子力学中,绝对零度的温度概念对应着一种“运动基态”,它也可以理解成一种物体理论上可以拥有的最小运动量。

在过去几十年间,物理学家找到了不少方法,让物体的温度降得越来越低,使它们的原子处于几乎静止,也就是接近运动基态的状态。为了使物体停止运动,一种方法就是对它施加方向相反、大小相等的力,这就好像用手接住飞行的球一样。如果科学家能精确地测量原子运动的大小和方向,就可以施加反作用力使其降温,这就是反馈冷却技术的简单原理。

到目前为止,物理学家已经借助各种方式应用反馈冷却,使得单个原子或者超轻的物体达到其量子基态,同时,他们一直在努力对越来越大的物体进行这种超冷却,从而研究更大规模的经典系统中的量子效应。

被“冷却”的四面反射镜之一。|图片来源:Matt Heintze / Caltech /MIT / LIGO Lab via The Conversation

直到近期,一组科学家首次将人类尺度上的大型物体冷却到接近其运动基态。这个“物体”不是传统意义上位于某个位置的有形的东西,而是4个独立物体的组合运动,其中每个物体重约40千克。研究中被冷却的“物体”质量相当于约10千克,包含约1 x 10 性感可爱丝袜女郎高清写真
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