科学家在空间站创造量子物质波

参考消息网报道 据美国趣味科学网站7月11日报道报道，美国国家航空航天局（NASA）宣布，对国际空间站（ISS）量子实验室的最新升级使NASA能够比以往任何时候都能更深入地探测原子的行为。

将ISS新升级的“冷原子实验室”与低地球轨道的近乎零重力相结合，科学家们正试图在地球上无法复制的环境中了解所谓“超冷”原子的特性。

这项任务旨在研究原子云在接近绝对零度（-459.67℉或-273.15℃）时的行为（这是在宇宙中可能达到的最低温度），原子在这一温度下会失去所有动能。

设在南加州的NASA喷气推进实验室冷原子实验室项目科学家贾森·威廉姆斯在一份声明中说：“在极低的温度下，物质的行为与我们以往经历的任何情况都截然不同。物质的波动性占据主导地位，超冷物质的行为不仅出乎意料，而且能让我们极其精确地测量时间、引力和运动。尤其是在最近这次升级之后，该实验室拥有许多工具让我们探索宇宙的本质。”

原子及其亚原子粒子是量子力学对象，其行为与大尺度世界的行为根本不同。例如，量子力学定律预测粒子可以同时出现在多个地方（量子叠加）；可以在很远的距离彼此神秘地联系在一起（量子纠缠）；既像波一样穿越时空，又像固体一样移动。

但是观察这些行为是出了名的困难。首先，原子太小了，如果一个原子有高尔夫球那么大，那么击球人的身高大概相当于地球到月球的距离。其次，在“正常”环境下（比如在地球上），不可能单独测量原子的这些行为，因为热能和引力能会干扰期望的量子行为。

为克服这些挑战，ISS冷原子实验室（一个迷你冰箱大小的实验室）使用激光将铷和钾的气体冷却到略高于绝对零度。在这样的温度下，原子形成一种被称为玻色-爱因斯坦凝聚的物质状态，在这种状态下，许多原子表现得像一道量子物质波。

这种设置不仅使科学家能够在比单个原子更大的尺度上观察量子行为，而且重力的降低使凝聚物质波能够不受干扰地扩展和演化，其持续时间比在地球上要长得多。

这是NASA冷原子实验室自2018年抵达ISS以来的第四次重大升级。据NASA说，这次最新升级的重大改进包括重新设计磁阱来容纳原子云，改进的原子源和更好的测量能力。

科学家于2026年4月启动了ISS的这些升级项目，此后这些升级装置已安装完毕并投入使用，开始进行最先进的测量。除了能够开展基础物理学的创新性测试外，这些效应的测量对于验证与定位、导航、定时和重力传感相关的未来天基高精度量子技术至关重要。有朝一日，这些技术可以让宇航员在没有GPS的情况下在月球上导航，并绘制出高精度的地球引力图。

NASA喷气推进实验室副项目科学家伊桑·埃利奥特在声明中表示：“上个世纪，一场量子革命催生了激光器、手机和用于医学成像的核磁共振成像技术。我们正在进行量子2.0直接操控大型量子态，我们希望通过在轨道上推进这门科学，在量子技术上取得类似的进展。”（编译/王海昉）