1
00:00:06,716 --> 00:00:10,397
史上最寒冷的物体并非在南极。

2
00:00:10,397 --> 00:00:12,521
它们既不在珠穆朗玛峰上，

3
00:00:12,521 --> 00:00:14,376
也不藏在冰川之下。

4
00:00:14,376 --> 00:00:15,897
它们存在于实验室中：

5
00:00:15,897 --> 00:00:20,382
这些一团团的气体的温度
只比绝对零度高零点几度。

6
00:00:20,382 --> 00:00:25,367
这个温度比你家里的冰箱
还要冷39.5亿倍，

7
00:00:25,367 --> 00:00:28,073
比液态氮冷10亿倍，

8
00:00:28,073 --> 00:00:31,240
以及比外太空冷4百万倍。

9
00:00:31,240 --> 00:00:35,901
如此低的温度让科学家有机会
一窥物质的内部运作，

10
00:00:35,901 --> 00:00:39,437
也让工程师能够
制造敏感度极高的仪器。

11
00:00:39,437 --> 00:00:41,292
这些仪器可丰富我们的知识，

12
00:00:41,292 --> 00:00:43,130
比如如更精确地确定我们在地球的位置

13
00:00:43,130 --> 00:00:46,135
或了解宇宙远方所发生的事。

14
00:00:46,135 --> 00:00:48,928
我们如何才能创造出这种极端的温度呢？

15
00:00:48,928 --> 00:00:51,989
简单来说，只要降低运动粒子的速度。

16
00:00:51,989 --> 00:00:55,951
当我们谈及温度的时候，
我们实际上是在讨论运动。

17
00:00:55,951 --> 00:00:57,716
组成固体、

18
00:00:57,716 --> 00:00:58,458
液体、

19
00:00:58,458 --> 00:00:59,338
以及气体的粒子，

20
00:00:59,338 --> 00:01:00,869
一直处于运动之中。

21
00:01:00,869 --> 00:01:05,616
当原子运动快时，
我们感受到物质是热的。

22
00:01:05,616 --> 00:01:09,147
当原子运动慢时，
我们则觉得是冷的。

23
00:01:09,147 --> 00:01:12,563
日常生活中为了让热的固体或气体降温，

24
00:01:12,563 --> 00:01:15,960
我们将其放在更冷的环境中，比如冰箱里。

25
00:01:15,960 --> 00:01:20,498
热物体中的原子运动
被部分的传递到周围环境里，

26
00:01:20,498 --> 00:01:22,251
然后它就冷下来了。

27
00:01:22,251 --> 00:01:23,788
但是这有一个限制：

28
00:01:23,788 --> 00:01:27,865
即使是外太空也太温暖了，
无法创造出极端低的温度。

29
00:01:27,865 --> 00:01:32,823
所以相反，科学家们找到了一个
直接降低原子速度的方法——

30
00:01:32,823 --> 00:01:34,204
用激光束。

31
00:01:34,204 --> 00:01:35,751
在大多数情况下，

32
00:01:35,751 --> 00:01:38,464
激光束中的能量会加热物体。

33
00:01:38,464 --> 00:01:40,533
但是如果被用以特定的方式，

34
00:01:40,533 --> 00:01:44,813
激光束的动量可以阻止运动的原子，
从而降低温度。

35
00:01:44,813 --> 00:01:49,403
这就是在一种名叫磁场-光学陷阱的
仪器中发生的事情。

36
00:01:49,403 --> 00:01:51,954
原子被注入真空的盒子中，

37
00:01:51,954 --> 00:01:55,415
然后磁场会将它们向中间吸引。

38
00:01:55,415 --> 00:01:58,090
一束激光束正对盒子的中央，

39
00:01:58,090 --> 00:02:00,623
它的频率被调的正好

40
00:02:00,623 --> 00:02:06,170
可以让向其运动的原子吸收
一个激光束光子，进而减速。

41
00:02:06,170 --> 00:02:09,089
减速效果来自原子和光子之间的

42
00:02:09,089 --> 00:02:11,108
动量转换。

43
00:02:11,108 --> 00:02:14,208
六束激光，以垂直的布局

44
00:02:14,208 --> 00:02:18,375
保证向各个方向运动的原子都会被拦截。

45
00:02:18,375 --> 00:02:21,018
在光束交汇的中央，

46
00:02:21,018 --> 00:02:24,840
原子运动的格外缓慢，
就像陷入了粘稠的液体——

47
00:02:24,840 --> 00:02:29,924
该效果被发现它的研究人员
称作“光学糖浆”。

48
00:02:29,924 --> 00:02:32,315
像这样的磁场-光学陷阱

49
00:02:32,315 --> 00:02:35,405
可以将原子冷却到零点几开尔文——

50
00:02:35,405 --> 00:02:38,785
大概-273摄氏度。

51
00:02:38,785 --> 00:02:41,609
这项技术于上世纪八十年代被发展出来，

52
00:02:41,609 --> 00:02:43,913
对此有贡献的科学家们

53
00:02:43,913 --> 00:02:47,931
在1997年因为他们的发现
赢得了诺贝尔物理学奖。

54
00:02:47,931 --> 00:02:52,751
自此，激光冷却进一步完善，
可以达到更低的温度。

55
00:02:52,751 --> 00:02:55,990
但是为什么要把原子
冷却到如此之低的温度呢？

56
00:02:55,990 --> 00:02:59,786
首先，极寒原子可以成为很好的检测物质。

57
00:02:59,786 --> 00:03:01,530
拥有很少的能力，

58
00:03:01,530 --> 00:03:04,961
它们对周围的波动异常敏感。

59
00:03:04,961 --> 00:03:09,562
所以它们被用在寻找
地下石油和矿藏的装置之中，

60
00:03:09,562 --> 00:03:12,203
它们也能制造高精度原子钟，

61
00:03:12,203 --> 00:03:15,093
例如全球定位卫星中的原子钟。

62
00:03:15,093 --> 00:03:18,152
其次，极寒原子蕴藏着
探索物理学前沿的

63
00:03:18,152 --> 00:03:20,243
巨大潜力。

64
00:03:20,243 --> 00:03:22,662
它们极端的敏感性使他们可以

65
00:03:22,662 --> 00:03:27,300
在未来的空间探测仪中
被用来探测引力波。

66
00:03:27,300 --> 00:03:31,624
它们对原子和次原子现象的研究也有帮助，

67
00:03:31,624 --> 00:03:35,894
这种研究需要测度原子能量的
极其微小的波动。

68
00:03:35,894 --> 00:03:38,046
原子在常温中被射出，

69
00:03:38,046 --> 00:03:41,090
此时原子速度大概在每秒几百米。

70
00:03:41,090 --> 00:03:45,265
激光冷却可以使原子降速到每秒几厘米——

71
00:03:45,265 --> 00:03:49,122
对观测由原子量子效果
造成的运动够用了。

72
00:03:49,122 --> 00:03:53,599
极寒原子已经帮助科学家研究了

73
00:03:53,599 --> 00:03:56,150
诸如玻色–爱因斯坦凝聚等现象，

74
00:03:56,150 --> 00:03:59,631
在该凝聚中原子被降温到接近绝对零度，

75
00:03:59,631 --> 00:04:02,200
然后成为一种少见的物质新状态。

76
00:04:02,200 --> 00:04:05,791
所以随着研究人员
继续试图理解物理学定律

77
00:04:05,791 --> 00:04:07,925
并解开宇宙谜题的同时，

78
00:04:07,925 --> 00:04:12,161
他们会需要极寒原子的帮助。