激光制冷——給原子裝上剎車，有多神？

就我所知，激光可以干掉導彈、可以搞聚變發電、還可以切開鋼板，因為它會產生熱，大量的熱。

但是，人類能做出來最冷的地方，竟然用的也是激光！

有多冷呢？接近絕對零度！

這就是——激光冷卻。

大家好我是火箭叔，激光到底怎么制冷？它都用在什么地方？咱家的冰箱里能不能也用上這高科技的玩意兒呢？3分鐘給你講清楚。

咱先得搞明白一件事，到底什么是“熱”。小學物理告訴我們，在微觀世界里，其實根本沒有“冷熱”這個概念，有的只是“運動”。你覺得一杯水燙手，其實是因為里面的水分子在瘋狂亂跑，撞擊你的皮膚。反過來，如果這些分子跑得越慢，溫度就越低。如果它們完全不動了，那就是傳說中的絕對零度。所以，想要把一個東西冷下來，本質上就是給它“剎車”，讓它別動。

關鍵是，怎么給原子“剎車”呢？科學家想到了一個絕妙的辦法：用光去撞它。

因為光，是由具有能量的光子組成的。咱們想象一下，原子就是一個迎面滾過來的保齡球，而激光束呢，就是無數個密密麻麻的乒乓球。雖然乒乓球很輕，撞一下保齡球根本沒感覺，但如果你每秒鐘發射幾億個乒乓球，噼里啪啦瘋狂地砸在保齡球的腦門上，這個保齡球是不是慢慢就被頂住了？最終它就停下來了。這就是激光制冷的第一個原理：用光子的動量，去抵消原子的動量。

但這，還遠沒有結束。

因為原子是亂動的，如果激光也不加控制地亂射，反而會把一些原子推得更快，變得更熱了。所以我們需要的是——只在原子“迎面跑過來”的時候撞它，它如果背對著我們跑，就別推它。這就好比大街上的車流，我們只想給超速的車貼罰單，不想誤傷正常行駛的車。該怎么做？

結果，又是一個小學物理的知識點：多普勒效應，就像——一輛救護車朝你開過來的時候，聲音會變尖；而離你遠去的時候，聲音會變低沉。光也是一樣。當原子迎著激光跑過來的時候，它感覺到的激光頻率會變高；背著激光跑的時候，感覺到的頻率會變低。

科學家利用這一點，耍了個“雞賊”的小把戲。他們故意把激光的頻率調得比原子喜歡吸收的頻率稍微低那么一點點。

于是，如果原子是靜止的或者背對著光跑的，它看這個激光就不順眼，理都不理，激光直接穿過去，互不干擾。但是，一旦有一個原子不老實，迎著激光沖過來，由于多普勒效應，它感受到的激光頻率正好變高了，哎，這就對上眼了！原子立馬吸收光子，狠狠地挨了一記“乒乓球”的撞擊，速度被迫慢了下來。當上下左右前后六個方向都架上這種特制的激光。無論原子往哪個方向跑，都會被懟回去。幾輪下來，原子就跟掉進糖漿里一樣，動不了了——溫度也就降到了接近零下273攝氏度的絕對零度。

而當原子不再亂跑，很多神奇的事情就發生了。首先是精準。咱們現在的手機導航、衛星定位，之所以能精確到米，靠的是天上的原子鐘。以前原子熱運動的時候亂蹦亂跳，計時會有誤差，現在把它凍住了，干擾沒了，時間的測量精度大大提高。可以說，沒有激光冷卻，你的外賣可能都送不到你家門口。

更科幻的是，當溫度接近絕對零度時，原子會進入一種神奇的“第五態”——即玻色-愛因斯坦凝聚態。這時候，成千上萬個原子仿佛失去了個性，變成了一個整體，像一支紀律嚴明的軍隊，整齊劃一地行動。這是量子計算機和未來超導技術的基礎，是人類探索物理極限的鑰匙。

這就是科學家費勁巴拉的搞出激光冷卻的最根本原因。而這個技術最終有沒有可能下放到咱家冰箱里呢？

嗯......好問題。它取決于兩點，你家有沒有礦、你愿不愿意放棄原來的食譜。首先，這套設備非常昂貴，還得在超高真空的實驗室里跑，把你家廚房拆了也裝不下。其次，也是最關鍵的，激光冷卻目前只能針對特定種類的氣體原子，比如銣原子、銫原子。而你想凍的食物里面，分子結構太復雜了，互相擠得太緊，根本沒法用這種“乒乓球戰術”。

好吧，看來在我的世界里，激光還是那個最能“上火”的家伙。