天才一秒记住【热天中文网】地址：https://www.rtzw.net
图31 一种由光的机械力控制的纳米级悬梁臂。
图中的圆盘是直径约为30微米的微小镜面
光的机械力可以用来发现微小物体运动的全新状态。
如图31所示的微型机械悬臂，其悬臂的运动就可以用光进行观察和控制。
这种光力可以用来加热或者冷却悬臂的振动——就好像为机械手表的弹簧上弦或者放松一样——最终尽可能使其达到最安静静止的状态，只有运动的量子涨落才能干扰到这种完全静止的状态。
光力也可以用来冷却比机械悬臂小得多的原子，并揭示出物质更奇特的量子态。
超冷
你体验过的最冷温度是多少？比冬天的牛津（大约2℃）、渥太华（-20℃）或南极（-50℃）还要冷吗？或许是液氮的温度（-200℃）？这些当然都很冷，但绝不是最冷的情况。
研究发现，温度有一个最低极限，-273℃或者0开尔文（单位：K）。
我们将其称为“绝对零度”
，没有比这个温度再低的了。
要达到这个温度需要物体保持绝对静止，此时，物体只受到量子力学的影响，使得其原子和分子产生轻微的抖动。
事实上，制造一台能达到绝对零度的机器是不可能的，但是使用“光学冰箱”
可以达到非常接近绝对零度的温度的程度。
当温度降低到一定程度时，原子几乎停止运动，这意味着原子的尺寸变大了（量子力学告诉我们，不能同时确定物体的精确位置和速度。
如果原子完全停止运动，就意味着它必须向整个空间扩展）。
因此，所有冷却的原子占据了空间中相同的区域，从而产生了一些非常奇特的新现象。
光学冰箱的工作原理是利用激光来“冷却”
原子。
想象有一束激光照射在一个从左向右移动的原子上，由于激光从右向左照射，所以会有一束光子直接撞击到原子上。
为了使这些光子可以被原子吸收，激光根据原子运动的速度，被调节到某个特定频率。
当原子从激光中吸收了一个光子时，就好像被光子当面“踢”
了一下，从而降低了运动速度（更确切地说，光子的动量转移到了原子上。
由于两者的初始动量方向相反，所以原子的动量减小，因此速度降低）。
在之后的某个时刻原子必须重新发射光子，并且会受到与发射光子方向相反的力。
但是由于原子发射光子的方向是随机的，这就意味着原子受力的方向也是随机的，因此原子可以向任意方向运动。
当你观察了足够多的吸收-散射过程，你就会发现，尽管光总是从同一个方向（激光束的入射方向）被吸收，但是原子却向各个方向发射光子，而不会偏向某个方向。
这个现象导致的结果是，在与入射激光束相反方向运动的一组原子会慢慢停止运动，此后开始向各个方向随机运动。
这样的随机运动对应着某一温度，这一温度与原子吸收光子到重新发射出去的时长成正比。
在这个方法的基础上有几个改良版本，每一种版本方法都是利用光将原子（和分子）冷却到更低的温度。
在这种情况下，光就像一种“黏性流体”
，其中的原子运动得越来越慢。
一旦原子的速度降低到一定程度，甚至可以用光学镊子来捕获原子。
此时就可以应用更加复杂的光学冷却技术，使温度降低到仅比绝对零度高十亿分之一摄氏度。
我之前提到，即使在绝对零度下原子依然会有“抖动”
，这种抖动是量子力学引起的。
可以将这种抖动的区域看作原子本身的空间区域。
也就是说，根据量子力学，原子不仅以随机的方式在一个狭小的空间区域内游**，还存在于整个空间区域内。
对于被困在如此低温下的原子而言，该区域的大小可能是千分之一米。
本章未完，请点击下一章继续阅读！若浏览器显示没有新章节了，请尝试点击右上角↗️或右下角↘️的菜单，退出阅读模式即可，谢谢！