激光那麼「熱」，為什麼可以用來冷卻原子？

知識 06-14

在世人的眼中，激光是一種能量很強的光，它有熱效應，強激光能擊穿金屬，可以充當武器。但是，現在卻有激光冷卻，能把原子的溫度冷卻到只比絕對零度高那麼一點點兒。這是怎麼做到的呢？

熱的本質

激光冷卻不難理解，但在徹底理解它之前，我們還需要再了解一些東西。熱大家都知道，但是熱的本質，我們還需要再回顧一下。

「今天氣溫有多高？」「水有多冰涼？」等等諸如這些句子是我們日常聊「熱」的一種方式。

日常不代表本質，如果以上問題要問得更物理一些，其實我們應該這樣來問，即像這樣「今天的大氣分子運動速度有多快？」「水分子運動速度是多少？」

是的，熱就是物體中微觀粒子運動速度快慢的表現。拿水來說就是這樣：若水分子運動得慢，水的溫度就低，若更慢，水分子就不到處亂跑了，而是原地踏步，於是，水就成了冰；相反，若水分子運動劇烈，則水就開始沸騰、蒸發，變成氣體飛到空中……

熱的本質，現在看來很簡單，但是直到1745年，一個叫羅蒙諾索夫的俄羅斯科學家才真正道出，他說：熱是物質內部分子運動的表現！

而在之前，熱的本質幾乎是一個未解之謎。那時候，如果你問，為什麼有的東西熱，有的東西冷？人們會毫不猶豫地告訴你，那是因為熱的東西有熱素，冷的東西有冷素。

如何冷卻

回顧了一遍熱的成因後，我們就能繼續下一步了，如何有效地冷卻？很簡單，把微觀粒子的運動速度降下來。生活中，降溫的方法很多很多，然而，要想得到全宇宙最低的溫度，就必須使用激光！

正常的室溫條件下，空氣中大氣分子的運動速度高達每秒幾百米，這跟某些槍的初速差不多。即使溫度低到零下270℃，也會有一部分微觀粒子的速度達到每秒幾十米。因此，要讓分子原子的運動速度大大降低，著實不是一件容易的事。

原子、分子那麼小，你要讓它們的速度降下來，不可能用一些粗暴的辦法，因為它們太小了，一個好辦法是，用一些更小的粒子去「撞擊」它們，抵消它們的速度，這就類似於，一輛迎面而來的小車，它處在自由滑行的狀態，為了降低它的速度，你可以不斷地向它扔石頭，每砸一次，小車的速度降低一些，直到降低到我們想要的速度。

那麼，用什麼來「撞擊」分子或者原子呢？最適合的莫過於光子了。我們都知道，光子會產生一種壓力，這就是光壓。科幻中或者設想中的太陽帆就是利用無數的光子作為推力的。

說到這裡，肯定有人馬上生出疑問：說得輕巧，但是你知道嗎？分子的運動是無規則的，有的迎面向你運動，這好辦，有的卻是同向運動，你把光子扔過去，遇到迎面的分子，這自然能降低它們的速度，但是，如果分子的運動方向跟光子相同，你豈不是又增加了分子的運動速度？這麼一搞下來，等於是做無用功。