绝对零度(ABSOLUTE ZERO)02绝对零度的赛跑(THE RACE FOR ABSOLUTE ZERO)
一个世纪以前
南极探险家们在地球上最冷的地方南极
一步一步地往前推进
那里的温度低达-80摄氏度
抵达这个目标的竞赛宣传的很少
然而同样是令人敬畏的科学努力
那就是致力于抵达宇宙中温度的最低点
绝对零度
有可能实现这个温度的极限-273摄氏度吗
只是在实验室里通过液态气体
让科学探险家们 朝这个圣杯迈出了第一步
在那里原子事实上停止了运行
彻底丧失了热能
这个绝对零度竞赛的领跑人之一是 詹姆斯杜瓦
他是英国皇家学会的教授
这将是我们这个时代最伟大的成就
1891年他主持了一个星期五晚上的公开讲座
为了超冷方面的取得的奇迹
祝贺他那伟大的前辈迈克尔法拉第
把温度降到绝对零度的5度范围内
将开创科学探索的新局面
将极大地拓展我们对物质特性的知识
杜瓦是个非常机敏雄心勃勃
注重实际的苏格兰科学家
他确实能够把一些自然界的奥秘
表演给他的同事和付费的听众看
把这个橡皮球
弹起来了我想你们都会承认
那么让我们来看一下
把它浸在液态氧片刻究竟会发生些什么
杜瓦发明了绝缘容器来做实验
科学家直到今天还把这容器叫做杜瓦瓶
现在来看一下发生了什么
这个科学魔术一直被用来 向大众进行科学普及
虽然是个小小的科学魔术
却承担着社会的义务
让大众认识到那些 在实验室里的怪异的人们
在做有趣的事情而不是怪异的事情
杜瓦的梦想就是就是继承英国皇家学会
最伟大的科学家法拉第的衣钵
70年前法拉第做了一个实验
表明在加压的情况下
氯氨这类气体会液化
他好奇地注意到是不是这个通过加压
把气体转变成液体的方法 可以使用于所有的气体
但是对那些他称之为永恒的气体
氧氮氢不管他施加多大的压力
都无法液化
因此他放弃沿着这个方向的研究
法拉第精神上充满了敏锐的能力
预言了自然界的奥秘
尽管无法液化那些永恒的气体
但他表示相信实验探究的潜能
法拉第获得的最低温度
是-130摄氏度
直到了1873年一位荷兰理论物理学家
范德瓦尔斯终于解释了
那些气体无法被液化的原因
通过估算分子的大小
以及分子之间的引力
他表明通过施压来液化这些气体
都必须低于临界温度
最后他拿出了液化那些 所谓的永恒气体的办法
就是把它们冷冻
首先是氧然后是氮
达到了新的低温
几乎是-200摄氏度
最后一个被液化的永恒气体是氢
接近-250摄氏度
这成为了我们这个时代最伟大的成就
一个科学的胜利
杜瓦决心成为第一个攀登所谓的氢山的人
但是不光是他一个人在干
杜瓦最害怕的竞争者是一位杰出的荷兰人
卡末林昂内斯
卡末林昂内斯比杜瓦年轻
一定程度上他把那个苏格兰人
尊敬为自己的长者
杜瓦就不一样了
尽管你表情谦虚温情脉脉
但是你是他在寒冷的竞争跑道上的对手
杜瓦承认卡末林昂内斯 有一个新的科学的基本方法
在规划一个产业规模的实验室
昂内斯接手莱顿的物理实验室时才29岁
他在这个讲演室里作了一个就职演说
这个大讲演室在莱顿大学的学部大楼里
就在这
他说明了接下来几年里要做些什么
他谈到了液化气体
要让荷兰的物理学研究响誉海外
而那些愿景是多么地高瞻远瞩了不起
昂内斯的实验室很象个工厂
他招募了仪器制作人玻璃工人
一群精干的年轻助手 后来他们被称做蓝衣小伙
因为他们都穿蓝色的衣服
后来他建起了技术培训学校
至今还存在
杜瓦和昂内斯相比 不可能有更多的特别之处
杜瓦做事非常隐密
在公开演讲之前 他会对大众隐藏关键的仪器
昂内斯就不一样了会在月刊上
让大家分享实验室一步步的进程
昂内斯是与杜瓦那兔子赛跑的乌龟
在杜瓦这边他是个才华横溢的实验家
他居然自己动手制作仪器
他确实相信蛮力的手段
那就是用自己的仪器做自己的实验
尽自己的所能
最后就会得到自己想要的结果
而在昂内斯这边
手段和方法就完全不同了
他开始着手的就是后来称之为大科学
不像杜瓦那样昂内斯认为实验前的
理论上的深思熟虑是至关重要的
他是范德瓦尔斯的门徒和亲密的朋友
他的理论有助于解决 液化永恒气体的难题
尽管他们的手段不一样
昂内斯与杜瓦在液化氢的尝试中
使用了类似的方法
他们的想法是一步一步地往下走
用一系列不同的气体
在越来越低的温度下液化
通过对第一种气体加压
让它在浸泡在冷冻剂里的盘管中释放
使它液化
然后这个液化气体进入下一个容器
它变成了这个链里第二种气体的冷冻剂
在下一个气体加压时
通过里面的盘管
就会液化而得到更低的温度
而第二种气体继续冷冻下一种气体
以此类推继续下去
逐步逐步液态气体变得越来越冷
每一种气体都被用来 降低下一种气体的温度
使它充分液化
在最后一步氢就会被冷冻
设想对它施加巨大的压力
180个大气压
接着通过阀门突然释放
这将引发温度的大幅度下降
足以将氢气转变成液氢
此时的温度为-252度距离 绝对零度只有21度
此时有点危险
因为仪器处在非常非常低的温度下
非常的脆相当容易破碎
而同时施加的压力却非常非常的高
因此可能会发生爆炸
他承担着最了不起的风险
不光他自己他是头充满勇气的狮子
同时还有他周围的那些人
所有的仪器在他工作时
可能会破碎或爆炸
常会碰到确实发生过
杜瓦的实验室发生过好多次爆炸
有时助理会被炸飞的玻璃碎片炸瞎眼睛
他有本笔记本里面居然记载着
发生在仪器上的详细资料
然而他助手身上发生的只字不提
所以某种程度上你会得到那种映象
即仪器要比助理重要得多
在莱顿昂内斯面对着焦虑的市政官员
他们担心爆炸的危险
他们下令把实验室关闭
杜瓦代表昂内斯写了一封抗议信
但是莱顿的实验室还是被关闭了两年
昂内斯只得一等再等
杜瓦已经开始做液化氢的实验了
昂内斯同样有做这个实验的仪器
然而他就是没办法做
因此在竞赛即将开始前 就已经失去了竞争
那时是1898年
杜瓦致力于液化氢的实验 已经有20多个年头了
他已经准备对攻克液氢发起最后的攻击
用液化氧他们已经将氢气的温度 降到了-200摄氏度了
他们加大了压力直到容器差点被炸飞
接着他们打开了最后一级阀门
开始不久喷嘴堵塞了
但是却带来了意外的收获
液体几乎立即开始滴落
很快就聚积了20立方厘米
杜瓦得到了液化氢
功克了最后一个所谓的永恒的气体
为了证实这一点他取出一小管液氧
把它放进这个新的液体中
液氧瞬间就冻结了
现在他信服了
他得到了地球上最冷的液体
已经比其他人更接近绝对零度了
杜瓦认为自己已经完成了
世界上最了不起的壮举了
马上会得到祝贺的
得到各种各样的奖品
然而却没有
我认为杜瓦是个野心勃勃的攀登者
已经登上了最高的巅峰
俯看众山
就象站在山顶
身后还有更高的高山
新的高峰是氦
一种新发现的惰性气体
原本以为只有太阳上存在
范德瓦尔斯的理论语言氦也可以液化
需要比氢更低的温度
大约距绝对温度5度左右
现在杜瓦要做的一切 就是必须搞出那么一点
这不应该很困难的
两位发现这个惰性气体的化学家
瑞利勋爵和威廉拉姆瑟
经常在实验室的隔壁一起工作
不幸的是杜瓦和这两人犹如仇敌
主要是他拒绝合作并贬低他们的成就
因此他们不想让他分享他们的氦
昂内斯面临着杜瓦同样的问题
就是可以从哪里得到氦气呢
其实他试着要求与杜瓦合作
而杜瓦对他说
我自己都在为搞到这气体头痛
我不可能给你一点我想给你但我做不到
最终他们各自都找到了来源
但是昂内斯的产业渠道 为此付出了额外的补贴
3年后他已经积累了足够实验用的氦气
乌龟开始拉开了跟兔子的距离
而此时杜瓦耗尽了资源
更糟糕的是
一个实验助手把旋扭的方向搞错了
整罐子氦气都跑进了空气中
6个月里实验室做不了任何事
有一点杜瓦写信给昂内斯
告诉他不是自己退出了比赛
他认为液化氦的问题 主要不是他完成任务的能力
科学的战场处于永恒的竞争的核心地位
在那里不存在最后的胜利
对于科学大军的服务
已经显示出主动性是满足 每一个认真的研究者
天生的正当野心的充分条件
谢谢
1908年夏季昂内斯把他的首席助理Flim
从河对岸召来
他们终于准备开始液化氦的实验了
7月10日早晨5:45分
他在实验室里把自己的团队集合起来
之前他们曾经演练了许多次
莱顿是一个不大的大学城
消息很快在这个重要的日子里传开了
他们一直到中午才将仪器搞定
清除其中最后一点空气的残留
在下午3点工作是如此的紧张
以至于他的太太来送午饭时
他请她喂他吃因为他已经停不下手了
在下午6点30分
温度已经在下面的液态氢作用下降了下来
然而接着象是停止了
昂内斯不知道这是什么原因造成的
一个同事过来提出这可能是已经成功了
他们一时半会还不知道
所以昂内斯拿来一个灯泡
放到仪器下一照果然
罐子里静静地躺着那个液体
液氦
他们到达了-268摄氏度
距离绝对零度只有5度
最终制成了液氦
这个重大成果最终 让昂内斯获得了诺贝尔奖
当杜瓦听到自己在 与昂内斯的竞赛中已经输了时
重新激发起痛苦的怨恨
杜瓦指责跟着他长期受苦的助理Lennox
没有为他提供足够的氦
仅这一次就让Lennox够受的了
他走出英国皇家学会发誓
在杜瓦有生之年自己再也不回来了 他遵守了自己的诺言
对于杜瓦来说结束了他的低温研究
杜瓦的绝对温度之梦终结了
尽管他赢得了液氢的第一轮竞赛
但是永远不会得到液氦这样荣誉
他放弃了低温物理学
转向其它的研究领域
比如肥皂泡的科学
我想这实在是令人映象深刻
往往科学家好象是被竞争的精神所驱动
被争创第一的精神所驱动
然而让人对绝对零度的竞赛真正着迷的是
球门柱移到了比赛场上了
科学上的竞赛不会有预先确定的结束
一旦到了这里故事结束帷幕落下
没啥大不了的就是
确实如此得到的并不是原来所期待的
大自然是狡猾的就象爱因斯坦说过的
她一直在提出新的挑战
出任意料地让那些人开始了竞赛
事情才刚刚在莱顿开始
伴随着昂内斯的团队开始研究
材料在很低的温度下是如何操控电流的
他们观察到水银的样本 在绝对温度4度的情况下
所有的电阻突然消失了
昂内斯后来创造了 一个词汇来描述这个新现象
超导
这有一个环形永久磁铁它会产生磁场
现在我们把一个超导体放在它的上面
给它一点推力
这个磁场会排斥那个超导体
轨道磁场会让超导小圆盘产生感应电流
着回过来又产生了一个相反的磁场
让圆盘浮起来
产生的磁场就象北极对抗着北极
这就是相互排斥的原因
随着圆盘的温度升高
其超导的属性消失
同时其感应磁场也一块消失
在1911年发现这个现象后的几十年里
超导的根本原因仍然是个谜
每一个重量级的物理学家 每一个重量级的理论物理学家
都有自己的一套超导理论
大家都企图解决它但都没有成功
其中有许多惊奇的事情
上世纪30年代另一个奇怪现象
出现在较低的温度状况下
这个迅速蒸发的液氦温度一直降到
绝对温度2度
戏剧性的转变发生了
突然看到泡沫停止了
液氦的表面完全静止了
温度其实已经更进一步地降低了
但是一点没有特别之处
呀 这实际上是20世纪最伟大的现象之一
液氦已经变成了超流体
其中确实呈现出一些奇特的特性
这里有一个烧杯
下面是超细毛孔的无釉陶瓷底
通常这个有着超细毛孔的容器
能够容纳液氦
但此时此刻液氦变成超流体渗漏出来了
我们把这个现象叫做超级流动
超流体氦能够做到人们认为不可能的事
看来它公然对抗引力
细细的薄膜能够爬上来跑出容器
这是因为超流体的粘度为零
它能够产生一个无摩擦的涌泉
永远不停地流动
超流态和超导体对科学家们来说
是个困惑的概念
需要新的基本理论来对此作出解释
1920年量子理论逐步成为了
对这些奇特现象最有希望的解释
它的中心思想是
原子不总是表现为单独的粒子
有时会融合在一起表现得象波
可以表现为粒子同时表现为波
即使对于象爱因斯坦这样的伟大头脑
这个奇怪的自相矛盾的说法也很难接受
1925年年轻的印度物理学家 萨蒂恩德拉玻色
发给爱因斯坦一份自己无法刊印的文件
玻色尝试用数学来描述 光子对整个原子的作用
爱因斯坦认识到了这个概念的重要性
做了进一步的计算
他预言温度达到极低时
就在绝对零度上面一点点时
就将产生遵循量子规则的新的物质形态
不会是固体液体气体中的任何一种形态
它得到了一个和它性质一样奇特的名字
玻色
在随后的70年里
人们只能梦想作出这么个凝聚
这还没有在自然界里见到过
物质可以有各种形态
原子处在高温时总是气体形态
一旦把气体冷却就会变成液体
而将液体冷却就将变成固体
然而在某种条件下
如果将原子冷却到极低的温度
就会经历非常一个奇特的转变
将经历一个形象危机
来让我们来看一下所谓的形象危机
当把温度降低时
原子的量子力学的特性变得非常重要
这些对我们来说是非常奇特非常陌生
然而事实上每个原子都表现出波的特性
所以替代这些点的就象是这些
这些小小的波象这在四周运动
我很难解释为什么会这样
但是它确实是这样
现在随着温度降到非常低
这些波的尺度变得越来越长越来越长
接着突然让温度降得足够低
它们开始重叠随着它们的重叠
系统就表现出不象是单独的粒子
而是没有了特性的粒子了
它们被认为是无处不在的
在这个上面的波 不清楚是在这个还是那个上面
是这个还是那个
有可能在这里也有可能在那里在那里
它们都处于一个巨大的量子形态中
它们都重叠在一起
它们都在做着同样的事情
它们所做的好象只是呆在那里
这个玻色很难想象很难显现
可以把我想象成一个原子
在欢乐地自由地活跃地运动
有时跑得快点有时跑得慢点
然而在玻色凝聚中 我会随机出现在任何一个地方
我会失去自己的身份我不知道自己是谁了
我停下来时周围的所有的原子都停下来了
但是周围没有其它的原子
我们都只是处在 一个巨大的量子系统里
物理学里无法解释的事情
的确是人类从来没有经历过的
所以刚才这个思索 引起了我的惊奇与混乱
Dan Kleppner和他的麻省理工的 同事Tom Greytak
开始着手用氢来做玻色的实验
对于开始探究玻色
我们热情高涨
因为氢看来象是会 给我们带来惊喜的原子
它的条件很好
它的质量很小
这意味着它相比其它原子
可以在较高的温度下凝聚
原子的相互作用非常非常地弱
所有的信号似乎都指向这样一个事实
氢是能得到玻色的原子
Kleppner的想法是 通过磁棒将氢原子冷却
他利用强大的磁场 将一群原子约束到冷的牢笼里
不幸的是有时一个原子 会碰到另外一个原子
引起能量的释放致使温度升高
对我们来说真令人沮丧
因为我们的方法是如此的复杂
我们每前进一步都十分地艰难
现在有人来接受这个挑战
两位麻省理工学院的物理学家 在科罗拉多州玻尔碰头
想出了一个解决问题的办法
不是着眼于元素周期表的轻原子
他们提出用较重的金属元素 比如铷和铯
但是用这些大原子能够接近绝对零度么
那些天在野外得到的想法是
想到象氢和锂 那样的轻物质会更容易些
这么认为会更有理由
但是我们却有另外的想法
对是个直觉
他们计划用激光来冷却原子
这个技术已经麻省理工学院的 物理学家试验通过
激光一般是和让物体升温联系在一起的
但是如果对原子调到同样的频率
施以特定的速度激光也能将物体降温
当一束激光的光子碰撞 经挑选的气体云里的原子时
原子速度会慢下来温度会降下来
激光冷却是个新的手段
有可能将气体的温度下降到
距离绝对零度的百万分之一度不到的范围
然而不光只有Cornell和Weiman
看好这个前景
一位新的科学家已经抵达了 麻省理工学院
大约是91年底 或92年初我们有了一个想法
这个激光束不同排列的想法
将能够冷却密度更高的原子
起作用了
这真的是一个触发点
我永远不会忘记小组成员的激动
小组开会讨论下来是什么
因为由于密度更高
就会有许多事情可做
我们现在能够攻克玻色了吗
我看到许多的电缆电子
Ketterle的实验室里的所有资源
已经重新改变方向来做钠原子的凝聚
就在这里这是个原子灶
包裹在锡箔里的是一个小的真空腔
在这里加热金属钠
金属钠熔化并蒸发
最后变成钠汽钠原子
我们会用来做玻色的实验
玻尔麻省理工学院之外 还有几个实验室在追逐着同一个目标
这呼应着将近一个世纪以前的液氦的竞赛
今天我告诉我的学生
任何值得去做的就要尽快去做
因为科学在发展
我们所有的人和你都在做这个事
虽然麻省理工有先进的激光装置
但Carl Weiman的态度是小就是美
有时他会拆开旧传真机
取出里面产生激光的小芯片
把它放进自制的设备里作为一个零件
稳定激光器
用来做分光镜和激光冷却
这实际上是我们第一台 所谓的蒸汽单元光学捕捉器
可以看出这是个老式的玻璃拼接成的 透光不均匀的东西
我们可以将激光从各个方向射进去
就能使小小的原子冷却
激光不但能够轰击原子
也能够在强磁场里捕捉到它们
我们会试验这种磁捕捉
试验那种磁捕捉这种成像
那种成像那种冷却
我们在各个时段所做的所有的事情
都不会去做全新的腔
我们在四年里试过了 四种不同的磁捕捉器
不是在3-4年里为每个捕捉器建项目
由于快速灵活
Boulder的小组希望能击败 麻省理工的旧实验室
但是麻省理工头自己的计划
有一种竞赛的感觉
但那是我称之为的友好的竞赛
我的意思是有两个运动员
他们在同一个训练营里
他们相互帮助甚至相互借鉴
但当他们一旦来到竞赛场上
大家都想得第一
竞赛的双方都在用磁捕捉器 和激光冷冻原子
然而最后冲刺到绝对零度
把气态原子变成爱因斯坦所预言的液态
就需要一个超冷技术蒸发冷却
就象这杯咖啡要把这杯咖啡加到最热
让咖啡分子释放出更多的 它们所携带的能量
对于原子我们把原子放到磁碗里
把原子封闭在里面
被聚焦在碗里然后最热的原子
带着足够的能量摇动碗一侧
在一边落下在另一边溢出
带走比自身所分配更多的能量
原子保留了越来越少的能量
导致它们的运动就会越来越慢
开始簇生在底部
一旦这样
就渐渐地到了磁捕捉器的较低的位置
总有一些原子会逃逸
直到最后把原子都结在一起
靠近碗的底部收缩在一起
变得越来越冷越来越密集
通过这个方法蒸发最终导致了
玻色
玻色的竞赛变得激烈了
在每一次重要会议上
EricCornell和我相互交流
我们都深知双方都在朝着同一个目标前进
1995年6月Boulder的小组 在麻省理工日以继夜地工作
而其他几个实验室也在准备 做出第一个凝聚物
来自政府拨款机构的正式访问
是他们需要的最后一件大事
我们不想关闭实验室
不想打扫实验室或张贴海报
所以当穿着三件套的高级政要来到实验室时
我们只想努力地工作
我们把灯关掉
大家继续工作
让大家安静下来
匆匆跟他们说着话
他们挨个慢慢地走出门
他们的脸上都露出些许迷惑
因为他们以前作为参观的委员会
从来没有碰到过
他们以前都受到一些小小的热情款待
后来我居然碰到其中的一个家伙对我说
我那天有点怀疑有什么事
因为否则的话你决不敢这么做的
1995年6月5日
在物理学的历史上这是个值得纪念的日子
Boulder的小组似乎得到了 爱因斯坦70年前所预言的
玻色
我们的第一反应是等待 必须要谨慎些你知道吗
让我们考虑下所有可以旋转的旋扭
检查一下所做的等等
来看一下是不是真的玻色
凝聚有点象是吸血鬼
一旦阳光照到它他就会死去
所以它的领域是黑暗的
但是我们可以将它们的照片拍下来
因为激光闪光真的很快
即使在凝聚消亡时也能抓住它的影子
影子被定格在胶片上了
在绝对零度以上1700亿分之一度
Weiman和Cornell得到了一个完美的
玻色
它是在只有3000个铷原子组成的气体云里
据我们所知这是宇宙中的第一次
研究玻色要做的第一个事情是
如何将温度降到最低
我们呆的地方是室内温度
远远高于绝对零度
假设伦敦是室温
距离这里有几千公里远
对于那个温度我们假设这里是绝对零度
最冷的温度
那么我们距离绝对零度有多近
如果假设伦敦是室温
而我们这里正好是绝对零度
那么玻色刚好就发生在
距离绝对零度这个铅笔芯这么个位置上
在Boulder的小组成功后的几个月里
Wolfgang Ketterle做出了一个更大的凝聚
让50万个钠原子速度慢慢降到实际上停止
造成它们的函数重叠
产生一个全新的物质状态
最后量子力学就不光只是个理论构想了
它是肉眼能看到的东西
Cornell Ketterle Weiman
分享了2001年的诺贝尔物理学奖
其中诺贝尔奖颁奖典礼出现了
大家都记得那个忘了给国王鞠躬的Eric
我的那部分有个礼节上的问题
不是申辩因为他们实际上 对我们进行了操练
这有点象是一系列的彩排
练习如何向国王鞠躬
在最后那一刻却莫名其妙了
我想也许Carl跟着我做的话
也会犯同样的错误的
然而没有人会预料到 他没犯错误做得很完美
当我被电话铃叫醒时听到了诺贝尔奖
那时是我想是在凌晨5:30
所以醒来接电话
有人对我说
祝贺你你获得了诺贝尔奖
我还很疲倦大脑还昏昏沉沉
但是感到这是个大事感觉到骄傲
感觉到骄傲
是麻省理工伙伴以及自己的骄傲
感到很奇妙你的工作 以这种方式给予了公认
和所有的冒险一样
科学的追求没有成功的保证
然而对于极冷原子的教父
坚持终见成效
1998年经过20年为得到氢凝聚的奋斗
Dan Kleppner终于成功了
经过几个短暂的瞬间他梦想成真了
我们当然很高兴
我想大家都很高兴
因为我们为此投入的时间太长了
这对这个小组有点尴尬
他们帮助启动了研究却离开了这里
毫无得益尽管大家都分享了成功
我们得到它时大家都很高兴
为了看到这个成就坚持了20年
其中有多少耐心挫折坚韧不拔
看到成功只是感情上的释放
我永远不会忘记Dan Kleppner
在Verena暑期学校受到的起立欢呼
当时他宣布完成了氢的玻色
大家都站起来有点象演出
大家欢呼起来
人们叫喊着因为大家意识到竞赛结束了 但来得太晚了
他们没打算出现这种场面
但在某些意义上说 他们确实激励了整场的观众
所以说这是个非常非常令人感动的一刻
作为先驱者他们实现了爱因斯坦的梦想
创造了凝聚是物理学不平凡十年的结束
现在又有了新的挑战解决它们的用途
在哈佛大学丹麦科学家Lene Hau
有个用凝聚物减缓光速的想法
我们大家都有这么个感觉
在真空里没有什么能比光跑得快
如果在某种程度上能用这个系统
让光的速度降下来降到人的级别
我想那就魅力无穷了
Lene Hau创造了一个雪茄形的玻色物
来做他的实验
她将光脉冲射到云里
光的速度大约为每秒186000英里
然而当光脉冲撞击凝聚物时
速度降到了自行车的速度
光脉冲可以在自由空间里走出1到2英里
进入这媒体
当进入前面的边缘时速度降了下来
后面还是自由空间速度又上来了
那将产生压缩
最终将从1到2英里压缩到0001微米甚至更小
你可能会说它很容易将光停住
因为我只是将激光束射到墙上
我会将光停住
啊问题是丢失了信息
因为它转变成了热量
永远不可能得到信息
在这里把光停住时信息没有丢失
因为信息储存在媒体里
接下来我们用时间来复活它
系统里有复活光脉冲所有的信息
我们能够将其取出
终有一天超冷原子能用来储存甚至处理信息
即使是在现在冷原子 正在转换成量子计算机的原型
为了量子计算机我在设计原子
为了从原子中做出计算机某种程度上 就必须得到原子
用来记录信息和处理信息
为什么要制造量子计算机
因为它太酷了太有趣了 我们能够做出来对吧
我说我们实际上能够让原子出色地计算
充满了乐趣我说
你已经做好了和原子对话的准备了吗 真的了不起
不象普通计算机那样每个结果都要
依靠每个比特的信息就是0和1组成的
量子计算机的规则改变了
乍看之下量子计算机几乎 和普通的计算机一模一样
然而量子力学是很怪异的
稀奇古怪对吧怪异
当你用量子来计算时
你就是在让这个怪物在为你工作
现在让我们来看一下量子比特
Q比特不光是0和1可以同时是
同时有0和1
几乎就是平行计算
如果看一下这平行计算机里的迷你世界
量子计算机里的表演一个在做这件事 一个在做那件事
量子计算机有同时做这做那的两个处理器
可以做许多事在量子计算机里
可以在一个处理器上同时做许多计算
同时做这做那
如今计算机的信息量是受限制的
是受制于电路的数量和热量
这里在巨大的杜瓦瓶里 安放着一台量子计算机的原型
被超冷超导材料环绕着
将来量子计算可以用来预测 难以置信的复杂的量子作用
例如新的药物对生物缺陷的作用
或复杂加密问题的解决
象互联网安全关键的解码素数
目前超冷量子设备 被用于大脑磁活动的记录
通常科学突破带来的好处
需要较长的时间才能显现出来
本世纪内许多预言会实现
超导输电线路节能
磁浮子弹列车
都将横跨大陆
或许随着世界能源供应的下降
一度被认为过于昂贵的 这些科技都将开始大量使用
这怪异的量子世界 是通过朝绝对零度前进
所开辟的新领域的一部分
这是科学家进入未知领域的了不起的征程
这个领域远远超出了地球狭窄的范围
在开尔文温度系统里 其起点放在绝对零度上
太阳的温度大约为5000K
1000K金属熔化
300K大约就是我们所谓的室温
大气液化在100K
氢是20K氦4K
最深层的外空间大约3K
但今后还会继续冷下去
所谓的超冷冷藏是小数点移过3位
小数点移过3位
到千分之一度左右
激光冷冻小数点再移过3位
到百万分之一度
玻色的温度
磁冷冻小数点移过4位
直到我们有记录的宇宙中最冷的温度
是在赫尔辛基的一个实验室里创造的
100微微K
绝对零度以上十亿分之10度
所以会一直走到尽头
走到冷的圣杯绝对零度吗
得到绝对零度是艰难的
没有人能够到达绝对0.000000~~~
无穷多个0
最后一丁点热变得越来越艰难特别是
把越来越小的能量取出来
所化的时间将越来越长越来越长
所以到最后 如果谈论起提取那极少量的能量
的确会考虑以宇宙的年限来完成它
事实上同样需要象宇宙尺度的仪器来做了
但那是另外一个话题了
绝对零度可能到达不了
但通过朝着这个极端冷的目标 更进一步的探索
物质最基本的奥秘将会被揭示
如果人类的过去被界定为掌握了热的话
也许人类的未来系于对冷的掌握上了
进入NOVA绝对零度的网上虚拟实验室
可以看到你距离绝对零度有多近
看看你的温度
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