文|肉肉
近年来，科学界一直在对量子领域不断地探索。
多年来的辛苦研究，在现如今终于有了一个令人激动的研究成果。
就是可以给原子降温，让其变成“超冷原子”状态，最好的解决方法就是在太空进行探索。
科学家为什么要给原子降温呢？它又如何影响量子领域的发展呢？
原子
温度对宏观世界的影响在我们的日常生活中，能够很迅速的感受到温度带来的变化。
当春天来临的时候，人们能够很明显的感受到舒适。
而到了夏天到来的时候，人们就会觉得酷暑难耐，非常的不适。
所以温度是人类生活在地球上，感知大自然变化的重要因素。
春天的景色
在18世界的时候，瑞典科学家就提出过一个原理。
将冰水混合物的温度定在了0℃，冒着热气腾腾的水的温度定为了100℃。
就这样，人类将温度和物态变化，定量的联系在了一起。
凝固
当温度下降到一定程度，液体就会随之凝固、气体则会液化或者凝华。
反之，液体则会沸腾、固体融化或者升华。
那么在微观世界，同时还是物质构成最基本单元的原子，会和宏观世界一样，随着温度的变化而变化吗？
原子变化
温度对原子有何影响原子也是有温度的，但是这个温度更多的算是一个统计层面的概念。
通俗点讲，温度是反映原子的运动的能量。
比如运动速度、势能。
在这样的概念下，再进行一个统计意义上的换算，那就是温度。
原子变化
也就是说，当温度越低，原子运动的速度就会变得越来越慢。
这样就可以更好的让科学家，能够用更长的时间去观察原子。
观察的时间变长之后，科学家们在测量原子的一些物理量的话，得到的数据就会更加的准确。
原子宇宙
但是有一个问题，我们都知道原子是粒子。
当温度达到绝对零度的条件下，原子几乎是不会再运动的。
这个时候，原子的波动性就会慢慢的呈现在人们的眼前。
原子的运动速度和反映出来的波长是成反比的。
这就意味着，在原子的运动速度变得非常小的时候，它的波长会扩大。
原子的转变
这就会导致原子的量级达到数个原子半径的量级。
这个时候，有一团小原子都在这个波长范围之内的时候。
原子的行为就会发生根本的变化，变成新的凝固态。
不再是单一的原子，更像是一个巨大的原子一起行动，不再是各自干各自的工作。
原子概念图
这就可以从原子团宏观的尺度下，去更好的研究单个原子量级的量子效应。
这就说到最关键的问题，如何让原子的速度变得更低。
现在最为先进的方法是采用激光冷却的操作，让原子的速度来变得更低。
激光冷却原子
这种工作的原理，是用激光的光子来轰炸原子，这样可以减缓原子的移动速度。
这个时候，就可以利用磁场，来将这些原子约束在某一个小的范围。
当一些运动速度比较快的原子离开了这个约束范围，剩下的原子的平均运动速度就会再进一步降低。
通过这种组合的方法，就可以给原子降温，变成“超冷原子”的状态。
原子
而让原子的密度达到一定的状态，它就会出现我们常见的气态、液态、固态。
在这个时候，就会发生另外的一种转变，产生了一种叫玻色-爱因斯坦凝聚态的一种状态。
这个态是人造的第五态，它的特点就是在与原本不同状态的原子会突然“凝聚”到同一种状态。
原子
但是让原子变成超冷原子有一个问题，在地球上，因为有重力的原因，科学家面临着非常巨大的挑战。
因为重力会破坏原子的势阱，导致原子和真空腔底发生碰撞。
而在释放到发生碰撞的这个过程中，科学家只有10-20毫秒的时间去进行测量。
不仅如此，在地球上研究还会限制原子温度的进一步降低。
原子
为了解决这个问题，科学家们进行了各种研究，最终决定将实验设备送到太空上去。
在微重力的影响下，科学家就有充足的时间进行，在地面上无法完成的测量。
原子
原子送上太空想要在太空微重力的环境下研究原子，就需要用到一台超冷原子物理实验柜。
利用这个实验柜，科学家们能够观察到许多在地面上没有办法见到的现象。
处在凝聚态的原子也几乎不会再运动，就可以让科学家们实现研究原子结构、更精细化的操控原子的可能。
比如观察原子内部的微观物理量，或者是原子在极端条件下的行为变化等。
原子
于是在2022年，一台专门研究超冷原子物理实验的设备，从海南文昌发射场进入到中国空间站。
超冷原子物理实验柜是一个能够建立起，玻色-爱因斯坦凝聚态工作物质的开放实验系统。
它可以在地面上无法实现绝对零度的情况下，制备绝对零度以上千亿分之一度范围内的超低温量子气体。
在太空中的环境中，再加上超冷原子物理实验柜的帮助。
利用量子力学波动性、宏观量子相干性、人工可调控性等，对量子进行多方面的研究。
超冷原子物理实验柜（图片来源：中国科学院上海光学精密机械研究所）
在这样的实验下，就可以进一步的为量子计算机的研制提供帮助。
在太空中进行超冷原子物理实验，可以实现空间冷原子微波钟的误差，仅有1亿年/1秒。
而量子计算机因为它惊人的处理能力，在解决我们现如今遇到的难以想象的复杂问题，能够变得非常的轻松。
未来量子计算机能够为全人类的科学、以及技术的进步等方面，带来无法想象的可能性。
原子
结语这项研究是人类探索未知迈出的重大的一步，对于我们在探索微观和宏观世界的联系，有着非常大的帮助。
甚至是在未来，很有可能因为此，能够帮助其他领域实现重大突破。
随着科学技术的不断发展，未来的科技将远远超出人们的想象。
所以我们也能够看到，现如今在空间站的宇航员们，进行着各种在地球上无法完成的实验。
