WEBVTT

00:00:06.716 --> 00:00:10.397
史上最寒冷的物体并非在南极。

00:00:10.397 --> 00:00:12.521
它们既不在珠穆朗玛峰上，

00:00:12.521 --> 00:00:14.376
也不藏在冰川之下。

00:00:14.376 --> 00:00:15.897
它们存在于实验室中：

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。

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，

00:00:25.367 --> 00:00:28.073
比液态氮冷10亿倍，

00:00:28.073 --> 00:00:31.240
以及比外太空冷4百万倍。

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，

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。

00:00:39.437 --> 00:00:41.292
这些仪器可丰富我们的知识，

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

00:00:43.130 --> 00:00:46.135
或了解宇宙远方所发生的事。

NOTE Paragraph

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？

00:00:48.928 --> 00:00:51.989
简单来说，只要降低运动粒子的速度。

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。

00:00:55.951 --> 00:00:57.716
组成固体、

00:00:57.716 --> 00:00:58.458
液体、

00:00:58.458 --> 00:00:59.338
以及气体的粒子，

00:00:59.338 --> 00:01:00.869
一直处于运动之中。

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。

00:01:05.616 --> 00:01:09.147
当原子运动慢时，
我们则觉得是冷的。

NOTE Paragraph

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，

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。

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，

00:01:20.498 --> 00:01:22.251
然后它就冷下来了。

00:01:22.251 --> 00:01:23.788
但是这有一个限制：

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。

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——

00:01:32.823 --> 00:01:34.204
用激光束。

NOTE Paragraph

00:01:34.204 --> 00:01:35.751
在大多数情况下，

00:01:35.751 --> 00:01:38.464
激光束中的能量会加热物体。

00:01:38.464 --> 00:01:40.533
但是如果被用以特定的方式，

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。

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。

00:01:49.403 --> 00:01:51.954
原子被注入真空的盒子中，

00:01:51.954 --> 00:01:55.415
然后磁场会将它们向中间吸引。

00:01:55.415 --> 00:01:58.090
一束激光束正对盒子的中央，

00:01:58.090 --> 00:02:00.623
它的频率被调的正好

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。

00:02:06.170 --> 00:02:09.089
减速效果来自原子和光子之间的

00:02:09.089 --> 00:02:11.108
动量转换。

00:02:11.108 --> 00:02:14.208
六束激光，以垂直的布局

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。

00:02:18.375 --> 00:02:21.018
在光束交汇的中央，

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——

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”。

00:02:29.924 --> 00:02:32.315
像这样的磁场-光学陷阱

00:02:32.315 --> 00:02:35.405
可以将原子冷却到零点几开尔文——

00:02:35.405 --> 00:02:38.785
大概-273摄氏度。

NOTE Paragraph

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，

00:02:41.609 --> 00:02:43.913
对此有贡献的科学家们

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。

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。

NOTE Paragraph

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？

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。

00:02:59.786 --> 00:03:01.530
拥有很少的能力，

00:03:01.530 --> 00:03:04.961
它们对周围的波动异常敏感。

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，

00:03:09.562 --> 00:03:12.203
它们也能制造高精度原子钟，

00:03:12.203 --> 00:03:15.093
例如全球定位卫星中的原子钟。

NOTE Paragraph

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

00:03:18.152 --> 00:03:20.243
巨大潜力。

00:03:20.243 --> 00:03:22.662
它们极端的敏感性使他们可以

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。

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，

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。

00:03:35.894 --> 00:03:38.046
原子在常温中被射出，

00:03:38.046 --> 00:03:41.090
此时原子速度大概在每秒几百米。

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——

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。

00:03:49.122 --> 00:03:53.599
极寒原子已经帮助科学家研究了

00:03:53.599 --> 00:03:56.150
诸如玻色–爱因斯坦凝聚等现象，

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，

00:03:59.631 --> 00:04:02.200
然后成为一种少见的物质新状态。

NOTE Paragraph

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

00:04:05.791 --> 00:04:07.925
并解开宇宙谜题的同时，

00:04:07.925 --> 00:04:12.161
他们会需要极寒原子的帮助。