绝对0度能把光冻住吗 光能被绝对零度冻结吗

这是一个非常有趣的话题，坊间流传的说法是绝对零度下所有物质都静止了，那么作为宇宙中速度天花板的光会如何运动呢？变成一条棍子还是一条波纹，一个非常有探讨价值的问题，我们不妨来展开下！

要了解绝对零度的概念，我们首先得来了解下温度的概。物体温度的宏观表现就是冷、温、烫甚至灼烧与发红、甚至发光，这是物体从冷到热的一个过程。那么温度的微观表现是什么，是什么原因导致了物体宏观温度的升高？

物体微观粒子的热运动的剧烈程度是宏观温度的内在表现。根据麦克斯韦-玻尔兹曼分布，粒子动能越高，物质温度就越高。

因此我们可以用一个模型将微观粒子的运动程度和温度联系起来，分子运动越剧烈，那么温度表现就越高，反之微观粒子运动逐渐趋向于静止，那么它的温度表现就越低！当微观粒子动能低到量子力学的最低点时，即达到绝对零度！

上图就是温度和粒子运动的模型曲线，为什么指向绝对零度（-273.15℃）的有一截是虚线？因为我们达不到，只能用虚线表示！

生活中有两种降温设备，一种是空调另一种是冰箱，这是我们日常必不可少两种家用电器，前者在夏天给了我们第二次生命，这得感谢威利斯开利，因为是这位大神发明了空调！后者则是我们日常保存食物的重要手段！但这两个都不能达到我们的要求，因为民用冰箱的最低温度最低只能达到-18℃，距离绝对零度差的远了！

• 介质冷却

实验用的超低温冰箱，可以达到-40℃，甚至-80℃，或者液氮冷却能接近-196℃，或者液氦冷却能接近-268.9℃，再往下我们没有合适的媒介了，因为这种用蒸发方式降温的方式，介质的温度必须低于物体的温度，才能使物体的温度无限逼近介质的温度，但它不可能低于介质的温度，比如液氦温度是-268.9℃，那么液氦作为介质的设备不可能制造出低于-268.9℃的低温。那么我们制造接近绝对零度的方法就黔驴技穷了吗？当然不会，我们还有一种流氓的办法！

• 激光冷却

可能各位对激光的印象都是输出巨大能量不一样，激光也可以用来极端制冷，但却不是我们所谓的日常空调或者冰箱制冷方式，更准确的形容话是一种多普勒效应达到原子冷却技术！因为我们用介质蒸发的方式冷却只能逼近介质的温度，而我们找不到-273.15℃的介质，那么换一种方式，让微观粒子的运动接近或者到达静止，不是变相实现绝对零度了么？所以我们形容它是一种流氓办法！

激光制冷的原理：利用多普勒效应达到原子制冷的技术，即在激光传播方向与原子运动相反时候，由于多普勒效应，原子处观测激光频率会比实际频率略高（蓝移），此时控制射入的激光的频率，使其比原子共振频率略低，但因蓝移效应，刚好进入原子吸收光子而达到激发态，当原子从激发态回落基态时，所释放的能量比吸收要略大一些，这种能量“欺骗效应”会导致原子会损失能量！而光子的反向动量会抵消原子的运动，而释放光子则是随机的，因此原子的动量会进一步降低。

2018年5月21日，装载在轨道ATK Antares火箭上的天鹅座飞船搭载了冷原子物理实验室（CAL）从美国宇航局瓦洛普斯基地发射升空。计划在微重力环境下展开冷原子云实验，这是美国喷气推进实验室（JPL）设计制造的一个实验装置，利用的原理就是激光制冷，目标是制造出有史以来宇宙中最低的温度！

CAL（冷原子物理实验室）在国际空间站制造出了-273.149999999999℃，只比绝对零度高出0.000000000001℃！当然冷原子云实验并不满足于此，未来实验将持续至2020年。

1、物质的第五第六态

我们目前了解的物质形态总共有六种，常见的气态，液态与固态，实现条件比较简单的是等离子态，等离子态是高温下实现的（当然也有低温等离子体），而第五态：玻色-爱因斯坦凝聚态以及第六态费米子凝聚态则是在极低温状态下的量子态。

• 波色-爱因斯坦凝聚态

是玻色子原子在冷却到接近绝对零度时穿线的超流性物质状态，1995年，麻省理工的沃夫冈·凯特利和科罗拉多大学的埃里克·康奈尔和卡尔·威曼使用气态的铷原子在170nK的低温下首次实现了玻色-爱因斯坦凝聚态！玻色-爱因斯坦凝聚态有一种非常特殊的特性，达到此形态的所有原子能凝聚到能量最低的量子态，形成如同一个原子，无法区分彼此的形态！

• 费米子凝聚态

费米子凝聚态则是与玻色-爱因斯坦凝聚态类似的一种物种形态，不同的是它是接近绝对零度的费米子量子态集合！费米子凝聚态的形态则刚好与玻色爱因斯坦凝聚态相反，每个都粒子也都在最低能态，但它们各不相同，如同拥挤的人群一样。

玻色子： 遵循玻色-爱因斯坦统计的粒子，比如胶子、光子、希格斯粒子、和Z等基本粒子。玻色子不遵守泡利不相容原理，在低温时能产生玻色-爱因斯坦凝聚。

费米子：是遵守费米-狄拉克统计的粒子。费米子包括所有夸克与轻子，任何由奇数个夸克或轻子组成的复合粒子，所有重子与很多种原子与原子核都是费米子。费米子遵守泡利不相容原理！

二、玻色-爱因斯坦凝聚态

这曾经是爱因斯坦在70多年前预言的一种物质形态，随着科学技术的发展，现在人类实现了它，这玩意儿有啥用呢？

这群突然跌落到最低能级玻色子集合表现的特性与单个粒子一样，具有完全相同的物理性质这让“没事干”的科学家发现了新大陆：汉诺威大学与UPV/EHU组成联合研究小组，在两个分离空间内的玻色-爱因斯坦凝聚体，实现了量子纠缠！

以往的量子纠缠实验中，对象都是单个量子态。而此次实验对象则是处在玻色-爱因斯坦凝聚态的冷原子云，这种模式跟经典的量子纠缠实验模型相比，冷原子云可以制造出高纠缠态！在需要创建和控制大型纠缠态的集合体时，无疑玻色-爱因斯坦凝聚态冷原子云的纠缠具有相当的优势，这可能是未来大规模量子计算机的现实基础！

达到绝对零度后，光的运动方式会怎么样？

假设达到了绝对零度（当然这是一个不可能实现的温度），光会被冻住吗？答案是不会，因为在绝对零度的世界里没有光，如果有光的话就会有能量输入，那么这个系统就无法达到绝对零度！

那么假设无限接近绝对零度，光又会如何呢？

光子是玻色子，在无限接近绝对零度时会达到玻色-爱因斯坦凝聚态，形成冷原子超流体，犹如水银泻地一般？我们比较难想象这种光子超流体状态，但至少以现在的科技并不能实现光子达到玻色-爱因斯坦凝聚态，因为我们冷却原子用的技术就是激光制冷，暂时实现仍然还是原子级别冷原子云实验，也许不久的将来可以实现超流体光！

科幻片《幽冥》剧照

最后来简单介绍下概念很硬核、剧情很紧凑、观赏性很高关于玻色-爱因斯坦凝聚态的科幻片《幽冥》，说的是被某种实验困在在玻色-爱因斯坦凝聚态、半生半死之间的“人形生物”与三角洲特种部队之间战争的反战电影，整体来说作为科幻片来看是不错的，但请勿和现实中的玻色-爱因斯坦凝聚态联系起来，因为凡是电影很难经得起科学逻辑推敲的，尽情欣赏即可。

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