國際空間站將造宇宙最低溫環境接近絕對零度

美國太空網報導，空曠的太空極度寒冷，但寒冷之最的桂冠可能很快就將讓位於國際空間站。利用美國宇航局的冷原子實驗室，科學家們計劃在空間站上創造出溫度幾乎接近絕對零度的超低溫環境，從而使他們可以在這樣的特殊環境下開展量子力學方面的研究工作。

美國宇航局噴氣推進實驗室(JPL)的羅伯特‧湯姆森(Rob Thompson)表示：我們將在比自然界中任何地方都更低的溫度環境下開展物質研究。湯姆森是冷原子實驗室的項目科學家，這是一個特殊的原子冰櫃，計劃在2016年送到國際空間站。

湯姆森表示：我們計劃將有效溫度降至大約100皮開，這相當於絕對零度以上僅100億分之一度。當銣和鈉的原子被冷卻到接近絕對零度，它們將同時表現出粒子和波的特徵，構成單個的物質波。這就是所謂的玻色-愛因斯坦凝聚(BCEs)，這種現象最早是由愛因斯坦和印度物理學家玻色在20世紀初預言的。將兩個BCE態物質疊加，它們並不會表現為類似普通氣體的相互混合的特徵，而是表現出波的特徵──這兩者會發生相互幹涉，於是兩個原子結合之後沒有產生任何原子。就像兩個波，波峰和波谷相遇疊加之後整個波消失一樣。

湯姆森表示：冷原子實驗室將讓我們得以在迄今最低溫的環境下開展研究工作。

研究人員也將有機會在空間站上混合超低溫原子氣體。這些原子將在沒有擾動的情況下自由漂浮，這將讓以極高的靈敏度去測量原子間相互作用成為可能。湯姆森表示：這將導致有趣的新量子現象的發現。

國際空間站是開展此類實驗的理想場所，因為這裏沒有重力的幹擾。熱力學的一項基本原理是：當氣體膨脹時會伴隨著冷卻過程。當你將一個氣體罐子中的氣體噴出一部分，這個罐子的溫度會稍稍降低，因為其內部剩下的氣體必須相應膨脹，以填滿空出的空間。

量子氣體的冷卻過程與之相似，只是利用了一種名為磁阱的人造裝置來代替氣體罐子。當粒子被這個裝置捕獲，其中那些最活躍的粒子會逃脫，這樣剩下的那些粒子就會降溫，這就跟你噴出罐子裡的氣體導致剩餘氣體降溫是一個道理。

湯姆森表示：在國際空間站上，這樣的磁阱裝置就可以非常脆弱，因為在這裏它將不需要支撐原子來克服地球的重力。他說：更弱的的磁阱可以讓氣體膨脹並達到更低的溫度水平，這是地麵條件下難以做到的。

冷原子實驗室取得的這些進展的實際用途包括量子探測器，物質波幹涉儀，以及原子激光器等等。如果溫度足夠低，研究人員或許也將可能可以將量子波累加，拼湊成人的頭髮絲那麼寬。湯姆森表示：這就意味著人的眼睛將能夠看到它。他說：我們正一頭闖進未知領域。