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NASA制造比深空低百亿倍低温

发布时间:18-08-24

据《每日邮报》北京时间8月7日报道,美国航空航天局(以下简称“NASA”)已经制造出已知宇宙中的最低温度——比太空深处温度低100亿倍。

国际空间站上的一个团队,利用一个采用激光和真空室技术的小箱子,冷冻原子,以更好地理解引力在最小尺度上与物质间的相互作用。

他们首次在太空中制造出被称为玻色-爱因斯坦凝聚体的超冷原子云。

这项研究的目的,是证明宇宙基本力的统一理论。虽然爱因斯坦71年前提出了假设,但他没有能证明这一理论。

它可以为改良的传感器、量子计算机和用于太空导航的原子钟奠定基础。

NASA制造比深空低百亿倍低温:验证爱因斯坦71年前理论
图:玻色-爱因斯坦凝聚体的形成

研究人员在国际空间站上使用了一种专门的实验设备,称为冷原子实验室,它能在微重力环境下控制超冷量子气体。

被称为玻色-爱因斯坦凝聚体的这些云,最先由爱因斯坦和萨特延德拉·纳特·玻色(Satyendra Nath Bose)在理论上提了出来。

冷原子实验室的温度最高为100毫微开尔文,也即1开尔文的一千万分之一。

绝对零度等于-273.15°C(459°F),在理论上,这一温度下所有粒子的运动都会停止。

冷原子是能精确控制的长寿量子粒子,科学家们希望它能解开物理学中最有诱惑力的难题之一——爱因斯坦首先提出的四种基本力大统一理论。

物理学家希望通过观察原子在几乎绝对零度下的运动,能够理解引力、弱力、强力和电磁力是如何相互作用的。

引力与其他三种力不同,以在大尺度上发挥作用为人们所知,在大尺度上的应用得到了透彻的研究。

目前我们尚不清楚的是,引力——四种力中最弱的——如何与量子粒子相互作用,以及如何与其他基本力相互作用。

冷原子实验室于5月发射到国际空间站上,希望能借助量子物理揭示引力的作用。

玻色-爱因斯坦凝聚体在世界秩序中具有自己独特的位置,被称为物质的第五态,区别于气态、液态、固态和等离子态。

NASA制造比深空低百亿倍低温:验证爱因斯坦71年前理论
图:美国航空航天局发射到国际空间站的冷原子实验室

冷原子实验室旨在提高科学家对引力进行精确测量的能力,并研究它如何在最小尺度上与这些独特的物质相互作用。

原子的波动性质通常只能在微观尺度上观察到,但玻色-爱因斯坦凝聚体放大了这种现象,因而更容易研究。

在冷原子实验室中,温度非常低,由铷原子发射的粒子都处于其最低能量态,因此呈现相同的波同一性。

这使得玻色-爱因斯坦凝聚体的运动像单个的“超级原子”而非单个原子,进一步增加了这一现象的可观察性。

自从1995年初在实验室环境中被首次制造出来以来,对它们的研究一起在地面进行。

参与那项研究的三位科学家因此获得2001年诺贝尔奖。

在这些年,科学家进行了数百次相关实验,有些实验甚至是由火箭发射到太空进行的。

在地面,原子陷阱——由磁场或聚焦的激光器创造的没有摩擦的窗口——必须关闭,才能对气体云进行研究。

但是,地球的引力,将在远短于1秒的时间内破坏它们。

NASA制造比深空低百亿倍低温:验证爱因斯坦71年前理论
图:冷原子实验室由美国航空航天局喷气推进实验室研制,5月份被发射到国际空间站

国际空间站的微重力环境和冷原子实验室,使得科学家们能一次观察单个玻色-爱因斯坦凝聚体5到10秒时间,并进行更多测量活动。

本文来源:快科技