历经15年攻关，中国造出人类已知最冷物质，用处不简单

很多人第一次看到“9.7皮开尔文”这个数字，第一反应可能不是震撼，而是看不懂，这个温度到底有多低？它和普通人又有什么关系？

如果只是把一个数字从52降到9.7，为什么科研团队要连续干15年，还专门把一整套复杂设备送到中国空间站？

真正值得注意的，其实不是这个数字本身，而是人类为什么要费这么大力气，把一团原子冷到几乎不动，事情要从这次中国空间站的实验说起。

中国科研团队依托空间站里的超冷原子物理实验柜，把铷原子云冷却到了9.7皮开尔文。

这个数字刷新了人造物质低温纪录，相关成果还发表在《科学》杂志上，之前，国际空间站里的美国冷原子实验室曾经做到52皮开尔文，这已经是非常夸张的低温。

现在中国把这个数字进一步压到了9.7皮开尔文，但“皮开尔文”到底是什么概念？我们平时更熟悉摄氏度，零下10摄氏度，很冷。

零下30摄氏度，已经是很多人很难适应的环境，零下100摄氏度，在日常生活里几乎碰不到，而物理学里还有一个更极端的温度，就是绝对零度。

绝对零度是零下273.15摄氏度，也就是0开尔文，按照现有物理规律，人类无法真正达到这个温度，只能无限接近。

而1皮开尔文，是一万亿分之一开尔文，也就是说，这次实验做到的9.7皮开尔文，已经和绝对零度贴得极近。

温度低到这种程度以后，会出现一个很有意思的现象，原子变得非常“安静”，在室温下，铷原子运动得很快。

按照科研人员给出的尺度，几秒时间里，它可以跑出大约两公里，但这次在空间站里的超冷原子云中，7秒时间内，原子的运动范围不超过500微米。

500微米是什么概念？半毫米，一团原子在7秒里几乎没有明显移动，这件事为什么重要？因为很多量子现象，在正常环境下根本不给科学家足够时间观察。

原子一直在动，外界干扰很多，实验窗口很短，很多现象刚冒出来，可能就结束了。

可一旦把原子冷到极低温，它们的运动会变慢，很多原本一闪而过的量子行为，就有机会被看得更清楚，这也是为什么科学家一直想往更低温度走。

可问题也来了，既然地面上也能做超冷原子实验，为什么非要去空间站？这里有一个很现实的原因，重力。

在地球上，原子云即使被冷得非常慢，它还是会往下掉，科学家刚把它准备好，还没来得及多看一会儿，重力已经开始拉着原子云下坠，这会压缩实验时间。

到了空间站，情况就不一样了，微重力环境下，原子云不会像地面实验那样快速落下，它可以在实验区域里待得更久。

这次科研人员拿到了长达7秒的稳定观测窗口，对普通人来说，7秒很短，刷一个短视频都嫌不够，但对很多精密量子实验来说，这7秒非常宝贵。

因为科学家终于可以把一些过去很难持续观察的变化完整地盯住，问题在于，把这种实验搬到空间站，并不是把地面设备缩小一点这么简单。

地面上一套同类实验系统，体积可以超过30立方米，重量达到数吨，功耗几千瓦，这种东西根本不可能原样塞进空间站。

空间站里的位置、电力和载重都很宝贵，设备做得太大不行，太重不行，耗电太高也不行，而且送上去以后，还不能今天坏一个零件，明天让科研人员过去修。

所以这套设备既要小，又要稳，还要能长期工作，这才是整个工程里很难的一部分。

科研团队前后花了15年时间，解决了全光纤激光、超高真空、长期保压、高精度隔震等一连串问题。

最后，原本占地很大的地面实验系统，被压缩到不足1立方米，重量大约300公斤，功耗只有700瓦，这不是简单做小。

而是把一整套大型实验室，重新做成适合太空运行的版本，而且它还得在空间站复杂环境里保持极高精度，为什么要对隔震这么较真？

因为实验研究的是极其微小的量子变化，设备本身只要有一点点振动，结果都可能受到影响，真空不够好不行，激光不稳定不行，隔震不过关也不行。

甚至长期运行后的细微变化，都可能影响实验，这类设备看起来不像火箭那么有冲击力，也不像空间站出舱那么直观，但真正做起来，要求一点都不低。

更关键的是，这套设备并不是只为了破一次纪录，科研人员还要用它去研究玻色—爱因斯坦凝聚。

这个名字听起来很陌生，但可以简单理解成一种极端低温下出现的特殊物质状态，平时，一个个原子各自运动，各有各的状态。

但温度低到一定程度后，大量原子可能表现出非常一致的量子特征，这种状态也常被称为“物质第五态”，科学家研究它，不是因为名字新鲜。

而是因为在这种环境下，很多基础物理问题会变得更容易研究，比如量子相变，比如多体相互作用，这些问题平时很难看清。

现在有了更长观测时间和更低温环境，科学家就有机会把这些过程看得更细，甚至还可以利用类似实验去模拟早期宇宙环境，有人看到这里可能还是会问。

研究早期宇宙也好，研究量子相变也好，离普通人的生活是不是太远了？确实很远，但很多真正改变生活的技术，刚开始都很远。

超冷原子研究里有一个非常重要的方向，就是精密测量，原子被冷得越低，运动带来的干扰就越小，这时候，它就能变成一个非常灵敏的“探针”。

科研人员可以利用它做量子传感器，也可以做原子干涉仪，它们能感知极其微弱的变化。

按照这类技术的设想，未来甚至可以感知10米外一个1公斤物体带来的微弱引力扰动，一个1公斤的东西，放在10米之外。

它产生的引力有多小，正常人几乎感觉不到，但如果仪器能把这种变化测出来，那用途就开始变得很现实，比如地下有矿体，地下有水。

地下岩层结构发生变化，这些东西都会对局部引力场产生影响，如果测量精度足够高，就可以通过引力变化去反推地下到底有什么。

有人把它形容成给地球做“引力CT”，这就和资源勘探、地下水探测、地质结构研究联系起来了，地质灾害监测同样可能受益，地下发生变化，人眼看不见。

传统方法也未必能马上发现，但如果测量设备足够灵敏，就可能更早捕捉到一些异常，还有一个方向，就是导航。

我们现在开车、坐船、坐飞机，很多定位能力都和卫星导航有关，卫星信号正常时当然很好用。

可如果进入卫星信号接收困难的环境，或者外部信号受到影响，导航能力就会下降，原子干涉技术可以用于发展高精度惯性导航。

简单说，就是不完全依赖外部卫星信号，也能根据自身运动状态判断自己在哪里、往哪里走，这对深空探测非常重要。

因为越往深空走，越不能把所有导航都寄托在地球附近的卫星系统上，一些特殊航行环境同样需要这种能力。

所以再回头看这次9.7皮开尔文纪录，就会发现真正有意思的地方并不只是“谁更冷”。

如果只是比数字，那52变成9.7以后，新闻热度过去也就结束了，但这套设备留在空间站里，还能继续做实验，它本身就是一个开放的太空实验平台。

整个系统采用模块化设计，地面的科研人员可以远程发送指令，也可以按照不同实验任务切换模式，以后还可以围绕这套平台继续安排新的科学项目。

也就是说，9.7皮开尔文只是这套设备已经做出来的一项结果，不是它唯一的用途。

从项目开始论证，到真正上空间站，再到拿到实验数据和世界纪录，前后一共用了15年，15年里真正难的，不只是研究“怎么把原子变冷”。

还包括设备怎么做小，怎么减重，怎么省电，怎么在太空长期稳定运行，怎么让地面人员能够远程控制，怎么让实验数据真正达到科研要求。

这里面任何一个环节做不好，最后的9.7皮开尔文都不会出现，绝对零度依然在那里，人类还是碰不到它，9.7皮开尔文也不会是最后一个数字，只要冷却技术、测量技术和空间实验条件继续进步，这个纪录大概率还会继续往下走。

也许再过一些年，人们回头看今天，会发现这次最值得记住的，未必只是“9.7”这几个数字。

而是从这一刻开始，更多过去只能在地面短暂观察的量子现象，有机会被带到太空里慢慢看清。