激光制冷——给原子装上刹车，有多神？

就我所知，激光可以干掉导弹、可以搞聚变发电、还可以切开钢板，因为它会产生热，大量的热。

但是，人类能做出来最冷的地方，竟然用的也是激光！

有多冷呢？接近绝对零度！

这就是——激光冷却。

大家好我是火箭叔，激光到底怎么制冷？它都用在什么地方？咱家的冰箱里能不能也用上这高科技的玩意儿呢？3分钟给你讲清楚。

咱先得搞明白一件事，到底什么是“热”。小学物理告诉我们，在微观世界里，其实根本没有“冷热”这个概念，有的只是“运动”。你觉得一杯水烫手，其实是因为里面的水分子在疯狂乱跑，撞击你的皮肤。反过来，如果这些分子跑得越慢，温度就越低。如果它们完全不动了，那就是传说中的绝对零度。所以，想要把一个东西冷下来，本质上就是给它“刹车”，让它别动。

关键是，怎么给原子“刹车”呢？科学家想到了一个绝妙的办法：用光去撞它。

因为光，是由具有能量的光子组成的。咱们想象一下，原子就是一个迎面滚过来的保龄球，而激光束呢，就是无数个密密麻麻的乒乓球。虽然乒乓球很轻，撞一下保龄球根本没感觉，但如果你每秒钟发射几亿个乒乓球，噼里啪啦疯狂地砸在保龄球的脑门上，这个保龄球是不是慢慢就被顶住了？最终它就停下来了。这就是激光制冷的第一个原理：用光子的动量，去抵消原子的动量。

但这，还远没有结束。

因为原子是乱动的，如果激光也不加控制地乱射，反而会把一些原子推得更快，变得更热了。所以我们需要的是——只在原子“迎面跑过来”的时候撞它，它如果背对着我们跑，就别推它。这就好比大街上的车流，我们只想给超速的车贴罚单，不想误伤正常行驶的车。该怎么做？

结果，又是一个小学物理的知识点：多普勒效应，就像——一辆救护车朝你开过来的时候，声音会变尖；而离你远去的时候，声音会变低沉。光也是一样。当原子迎着激光跑过来的时候，它感觉到的激光频率会变高；背着激光跑的时候，感觉到的频率会变低。

科学家利用这一点，耍了个“鸡贼”的小把戏。他们故意把激光的频率调得比原子喜欢吸收的频率稍微低那么一点点。

于是，如果原子是静止的或者背对着光跑的，它看这个激光就不顺眼，理都不理，激光直接穿过去，互不干扰。但是，一旦有一个原子不老实，迎着激光冲过来，由于多普勒效应，它感受到的激光频率正好变高了，哎，这就对上眼了！原子立马吸收光子，狠狠地挨了一记“乒乓球”的撞击，速度被迫慢了下来。当上下左右前后六个方向都架上这种特制的激光。无论原子往哪个方向跑，都会被怼回去。几轮下来，原子就跟掉进糖浆里一样，动不了了——温度也就降到了接近零下273摄氏度的绝对零度。

而当原子不再乱跑，很多神奇的事情就发生了。首先是精准。咱们现在的手机导航、卫星定位，之所以能精确到米，靠的是天上的原子钟。以前原子热运动的时候乱蹦乱跳，计时会有误差，现在把它冻住了，干扰没了，时间的测量精度大大提高。可以说，没有激光冷却，你的外卖可能都送不到你家门口。

更科幻的是，当温度接近绝对零度时，原子会进入一种神奇的“第五态”——即玻色-爱因斯坦凝聚态。这时候，成千上万个原子仿佛失去了个性，变成了一个整体，像一支纪律严明的军队，整齐划一地行动。这是量子计算机和未来超导技术的基础，是人类探索物理极限的钥匙。

这就是科学家费劲巴拉的搞出激光冷却的最根本原因。而这个技术最终有没有可能下放到咱家冰箱里呢？

嗯......好问题。它取决于两点，你家有没有矿、你愿不愿意放弃原来的食谱。首先，这套设备非常昂贵，还得在超高真空的实验室里跑，把你家厨房拆了也装不下。其次，也是最关键的，激光冷却目前只能针对特定种类的气体原子，比如铷原子、铯原子。而你想冻的食物里面，分子结构太复杂了，互相挤得太紧，根本没法用这种“乒乓球战术”。

好吧，看来在我的世界里，激光还是那个最能“上火”的家伙。