NASA將創造全宇宙中最冰冷的地方,比深太空冷1億倍!

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這會比太空深處還冷1億倍。

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NASA即將在地球把「最寒冷的地方」送到天體運行的軌道上,那就是低溫原子實驗室(Cold Atom Laboratory,CAL),在軌道中,太空人將會創造出一種前所未見的環境,裡面有比太空深處冷1億倍的低溫。

低溫原子實驗室會隨著SpaceX火箭抵達國際太空站,科學家希望原子降到十億分之一的溫度、接近絕對零度時,這個超冷的箱子會展現出新奇的物理學。

來自NASA噴射推進實驗室(Jet Propulsion Laboratory),主導低溫原子實驗室計畫的科學家Robert Thompson:「研究超低溫原子可改造我們對於物質、重力本質的理解。」

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「我們在低溫原子實驗室做的實驗,將能使我們解析重力、暗能量,這是宇宙中最普遍的力量。」

假如你在30秒之前不曾想過地球上最冷的地方是哪,那你該知道,NASA的低溫原子實驗室是個像櫃子一樣大的冰箱子,備有雷射、真空室、電磁「刀」,這個實驗室可使粒子的活動速度變慢,接近靜止的狀態。

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這個實驗室還在最後的建置階段,所以這個任務在8月啟動時,會是它最大的考驗。

原訂計畫是要在國際太空站將低溫原子實驗室填滿氣體粒子,該站獨特的微重力環境,讓研究者能觀察從沒看過的量子現象,而這種現象在地球上是不可能有的。

最有趣的是物質奇特的形態,就是所謂的「玻色愛因斯坦凝聚」,這是種「超流性」物質狀態,會使原子漸變為神祕的波形,這在低溫原子實驗室的溫度中是從未被觀測到的。

NASA解釋,因為這種狀態的黏度為零,原子能夠在無摩擦力的狀況下移動,就像它們是單一、固態的物質一樣。

低溫原子實驗室計畫的負責人Anita Sengupta:「如果你有超流體水,在玻璃杯中旋轉它,它會一直轉下去。」

「沒有黏度來讓它慢下來、耗盡運動的能量。如果我們能更了解超流體水的物理學,我們就可能學會使用它,以提供更有效率的動力傳導。」

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玻色愛因斯坦凝聚對物理學家而言特別有趣,因為在這種狀況下,規則會改變,從古典物理學(例如愛因斯坦理論中的廣義相對論)轉變為量子物理學,而物質運作的方式開始不像粒子,反而比較像波動。

了解這種轉變就能解決現代物理學最棘手的問題:分開應用時,廣義相對論、量子場論能分別解決宇宙中最大和最小的問題,但尚未有任何一位物理學家成功將這兩個理論統合成更廣泛的「萬有理論」。

正因如此,物理學家想花幾天時間來觀察玻色愛因斯坦凝聚,但因為地球的重力牽引,自由落體狀態必然會在這種奇特物質上維持著,所以通常只能觀測到幾秒鐘。

但是在外太空微重力的環境中,科學家應該能更充分的觀測事物,NASA預計他們在外太空的低溫原子實驗室中,將能維持玻色愛因斯坦凝聚的狀態長達5到10秒鐘

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這不僅能讓我們想出古典物理學和量子物理學的關係,還能讓我們更了解玻色愛因斯坦凝聚,可製造出更精確的感應器、望遠鏡、用於太空船導航的原子鐘,甚至可加速讓世界第一台量子電腦問世。

低溫原子實驗室計畫的副手Kamal Oudrhiri:「這就像伽利略第一支望遠鏡的新鏡片,在低溫原子實驗室的超敏感低溫原子,可能會解開物理學中未知的謎團。」

8月快來吧,我們想看到計畫付諸實行!

語音合成由賽微科技提供

來源:Science Alert