絕對零度能把光也凍住嗎？如果能，是凍成一根棍子還是一道波浪？

這是一個非常有趣的話題，坊間流傳的說法是絕對零度下所有物質都靜止了，那麼作為宇宙中速度天花板的光會如何運動呢？變成一條棍子還是一條波紋，一個非常有探討價值的問題，我們不妨來展開下！

什麼是絕對零度？

要了解絕對零度的概念，我們首先得來了解下溫度的概。物體溫度的宏觀表現就是冷、溫、燙甚至灼燒與發紅、甚至發光，這是物體從冷到熱的一個過程。那麼溫度的微觀表現是什麼，是什麼原因導致了物體宏觀溫度的升高？

物體微觀粒子的熱運動的劇烈程度是宏觀溫度的內在表現。根據麥克斯韋-玻爾茲曼分布，粒子動能越高，物質溫度就越高。

因此我們可以用一個模型將微觀粒子的運動程度和溫度聯繫起來，分子運動越劇烈，那麼溫度表現就越高，反之微觀粒子運動逐漸趨向於靜止，那麼它的溫度表現就越低！當微觀粒子動能低到量子力學的最低點時，即達到絕對零度！

上圖就是溫度和粒子運動的模型曲線，為什麼指向絕對零度（-273.15℃）的有一截是虛線？因為我們達不到，只能用虛線表示！

用什麼手段可以達到或者接近絕對零度？

生活中有兩種降溫設備，一種是空調另一種是冰箱，這是我們日常必不可少兩種家用電器，前者在夏天給了我們第二次生命，這得感謝威利斯開利，因為是這位大神發明了空調！後者則是我們日常保存食物的重要手段！但這兩個都不能達到我們的要求，因為民用冰箱的最低溫度最低只能達到-18℃，距離絕對零度差的遠了！

• 介質冷卻

實驗用的超低溫冰箱，可以達到-40℃，甚至-80℃，或者液氮冷卻能接近-196℃，或者液氦冷卻能接近-268.9℃，再往下我們沒有合適的媒介了，因為這種用蒸發方式降溫的方式，介質的溫度必須低於物體的溫度，才能使物體的溫度無限逼近介質的溫度，但它不可能低於介質的溫度，比如液氦溫度是-268.9℃，那麼液氦作為介質的設備不可能製造出低於-268.9℃的低溫。那麼我們製造接近絕對零度的方法就黔驢技窮了嗎？當然不會，我們還有一種流氓的辦法！

• 雷射冷卻

可能各位對雷射的印象都是輸出巨大能量不一樣，雷射也可以用來極端製冷，但卻不是我們所謂的日常空調或者冰箱製冷方式，更準確的形容話是一種都卜勒效應達到原子冷卻技術！因為我們用介質蒸發的方式冷卻只能逼近介質的溫度，而我們找不到-273.15℃的介質，那麼換一種方式，讓微觀粒子的運動接近或者到達靜止，不是變相實現絕對零度了麼？所以我們形容它是一種流氓辦法！

雷射製冷的原理：利用都卜勒效應達到原子製冷的技術，即在雷射傳播方向與原子運動相反時候，由於都卜勒效應，原子處觀測雷射頻率會比實際頻率略高（藍移），此時控制射入的雷射的頻率，使其比原子共振頻率略低，但因藍移效應，剛好進入原子吸收光子而達到激發態，當原子從激發態回落基態時，所釋放的能量比吸收要略大一些，這種能量「欺騙效應」會導致原子會損失能量！而光子的反向動量會抵消原子的運動，而釋放光子則是隨機的，因此原子的動量會進一步降低。

2018年5月21日，裝載在軌道ATK Antares火箭上的天鵝座飛船搭載了冷原子物理實驗室（CAL）從美國宇航局瓦洛普斯基地發射升空。計劃在微重力環境下展開冷原子云實驗，這是美國噴氣推進實驗室（JPL）設計製造的一個實驗裝置，利用的原理就是雷射製冷，目標是製造出有史以來宇宙中最低的溫度！

CAL（冷原子物理實驗室）在國際空間站製造出了-273.149999999999℃，只比絕對零度高出0.000000000001℃！當然冷原子云實驗並不滿足於此，未來實驗將持續至2020年。

製造出無限接近絕對零度的低溫有什麼用？

1、物質的第五第六態

我們目前了解的物質形態總共有六種，常見的氣態，液態與固態，實現條件比較簡單的是等離子態，等離子態是高溫下實現的（當然也有低溫等離子體），而第五態：玻色-愛因斯坦凝聚態以及第六態費米子凝聚態則是在極低溫狀態下的量子態。

• 波色-愛因斯坦凝聚態

是玻色子原子在冷卻到接近絕對零度時穿線的超流性物質狀態，1995年，麻省理工的沃夫岡·凱特利和科羅拉多大學的埃裡克·康奈爾和卡爾·威曼使用氣態的銣原子在170nK的低溫下首次實現了玻色-愛因斯坦凝聚態！玻色-愛因斯坦凝聚態有一種非常特殊的特性，達到此形態的所有原子能凝聚到能量最低的量子態，形成如同一個原子，無法區分彼此的形態！

• 費米子凝聚態

費米子凝聚態則是與玻色-愛因斯坦凝聚態類似的一種物種形態，不同的是它是接近絕對零度的費米子量子態集合！費米子凝聚態的形態則剛好與玻色愛因斯坦凝聚態相反，每個都粒子也都在最低能態，但它們各不相同，如同擁擠的人群一樣。

玻色子：遵循玻色-愛因斯坦統計的粒子，比如膠子、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，在低溫時能產生玻色-愛因斯坦凝聚。

費米子：是遵守費米-狄拉克統計的粒子。費米子包括所有夸克與輕子，任何由奇數個夸克或輕子組成的複合粒子，所有重子與很多種原子與原子核都是費米子。費米子遵守泡利不相容原理！

二、玻色-愛因斯坦凝聚態

這曾經是愛因斯坦在70多年前預言的一種物質形態，隨著科學技術的發展，現在人類實現了它，這玩意兒有啥用呢？

這群突然跌落到最低能級玻色子集合表現的特性與單個粒子一樣，具有完全相同的物理性質這讓「沒事幹」的科學家發現了新大陸：漢諾瓦大學與UPV/EHU組成聯合研究小組，在兩個分離空間內的玻色-愛因斯坦凝聚體，實現了量子糾纏！

以往的量子糾纏實驗中，對象都是單個量子態。而此次實驗對象則是處在玻色-愛因斯坦凝聚態的冷原子云，這種模式跟經典的量子糾纏實驗模型相比，冷原子云可以製造出高糾纏態！在需要創建和控制大型糾纏態的集合體時，無疑玻色-愛因斯坦凝聚態冷原子云的糾纏具有相當的優勢，這可能是未來大規模量子計算機的現實基礎！

達到絕對零度後，光的運動方式會怎麼樣？

假設達到了絕對零度（當然這是一個不可能實現的溫度），光會被凍住嗎？答案是不會，因為在絕對零度的世界裡沒有光，如果有光的話就會有能量輸入，那麼這個系統就無法達到絕對零度！

那麼假設無限接近絕對零度，光又會如何呢？

光子是玻色子，在無限接近絕對零度時會達到玻色-愛因斯坦凝聚態，形成冷原子超流體，猶如水銀瀉地一般？我們比較難想像這種光子超流體狀態，但至少以現在的科技並不能實現光子達到玻色-愛因斯坦凝聚態，因為我們冷卻原子用的技術就是雷射製冷，暫時實現仍然還是原子級別冷原子云實驗，也許不久的將來可以實現超流體光！

科幻片《幽冥》劇照

最後來簡單介紹下概念很硬核、劇情很緊湊、觀賞性很高關於玻色-愛因斯坦凝聚態的科幻片《幽冥》，說的是被某種實驗困在在玻色-愛因斯坦凝聚態、半生半死之間的「人形生物」與三角洲特種部隊之間戰爭的反戰電影，整體來說作為科幻片來看是不錯的，但請勿和現實中的玻色-愛因斯坦凝聚態聯繫起來，因為凡是電影很難經得起科學邏輯推敲的，盡情欣賞即可。