據(jù)《自然》雜志網(wǎng)站1月3日?qǐng)?bào)道，德國(guó)物理學(xué)家用鉀原子首次造出一種低于絕對(duì)零度的量子氣體?？茖W(xué)家稱(chēng)這一成果為“實(shí)驗(yàn)的絕技”，為將來(lái)造出負(fù)溫度物質(zhì)、新型量子設(shè)備打開(kāi)了大門(mén)，有助于揭開(kāi)宇宙中的許多奧密。

　　18世紀(jì)中期，開(kāi)爾文男爵威廉??湯姆森定義了絕對(duì)溫度，在此規(guī)定下沒(méi)有物質(zhì)的溫度能低于絕對(duì)零度。氣體的絕對(duì)溫度與它所包含粒子的平均能量有關(guān)，溫度越高，平均能量越高，而絕對(duì)零度是氣體的所有粒子能量都為零的狀態(tài)，這是一種理想的理論狀態(tài)。到了上世紀(jì)50年代，物理學(xué)家在研究中遇到了更多反常的物質(zhì)系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)這一理論并不完全正確。

　　慕尼黑路德維格?馬克西米利安大學(xué)物理學(xué)家烏爾里奇?施奈德解釋說(shuō)，從技術(shù)上講，人們能從一條溫度曲線(xiàn)上讀出一系列溫度數(shù)，但這些數(shù)字表示的只是它所含的粒子處于某個(gè)能量狀態(tài)的概率。通常，大部分粒子的能態(tài)處于平均或接近平均水平，只有少數(shù)粒子在更高能態(tài)上下。理論上，如果這種位置倒轉(zhuǎn)，使多數(shù)粒子處于高能態(tài)而少數(shù)粒子在低能態(tài)，溫度曲線(xiàn)也會(huì)反過(guò)來(lái)，溫度將從正到負(fù)，低于絕對(duì)零度。2001年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者沃爾夫?qū)??克特勒也曾證明，在磁場(chǎng)系統(tǒng)中存在負(fù)絕對(duì)溫度。

　　施奈德和同事用鉀原子超冷量子氣體實(shí)現(xiàn)了這種負(fù)絕對(duì)零度。他們用激光和磁場(chǎng)將單個(gè)原子保持晶格排列。在正溫度下，原子之間的斥力使晶格結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定。然后他們迅速改變磁場(chǎng)，使原子變成相互吸引而不是排斥。施奈德說(shuō)：“這種突然的轉(zhuǎn)換，使原子還來(lái)不及反應(yīng)，就從它們最穩(wěn)定的狀態(tài)，也就是最低能態(tài)突然跳到可能達(dá)到的最高能態(tài)。就像你正在過(guò)山谷，突然發(fā)現(xiàn)已在山峰。”

　　在正溫度下，這種逆轉(zhuǎn)是不穩(wěn)定的，原子會(huì)向內(nèi)坍塌。他們也同時(shí)調(diào)整勢(shì)阱激光場(chǎng)，增強(qiáng)能量將原子穩(wěn)定在原位。這樣一來(lái)，氣體就實(shí)現(xiàn)了從高于絕對(duì)零度到低于絕對(duì)零度的轉(zhuǎn)變，約在負(fù)十億分之幾開(kāi)氏度。

　　克特勒現(xiàn)任美國(guó)麻省理工大學(xué)物理教授，他稱(chēng)此最新成果為一項(xiàng)“實(shí)驗(yàn)的絕技”。在實(shí)驗(yàn)室里，反常高能態(tài)在正溫度下是很難產(chǎn)生的，而在負(fù)絕對(duì)溫度下卻會(huì)變得穩(wěn)定──“就像你能把一個(gè)金字塔倒過(guò)來(lái)穩(wěn)穩(wěn)的放著，而不必?fù)?dān)心它會(huì)倒。”克特勒指出，該技術(shù)使人們能詳細(xì)研究這些反常高能態(tài)，“也可能成為創(chuàng)造新物質(zhì)形式的一條途徑。”

　　德國(guó)科隆大學(xué)理論物理學(xué)家阿希姆?羅施說(shuō)，如果真能造出這些物質(zhì)系統(tǒng)，它們會(huì)表現(xiàn)出奇特的行為。根據(jù)和他的同事計(jì)算，正常情況下原子云受重力影響會(huì)被向下拉，如果一部分云處于負(fù)絕對(duì)溫度，某些原子就會(huì)向上運(yùn)動(dòng)，明顯違背重力作用。

　　負(fù)絕對(duì)溫度氣體還能模擬“暗能量”。暗能量是推動(dòng)宇宙加速膨脹、抵抗萬(wàn)有引力內(nèi)向拉力的力量。施奈德指出，在他們生成的氣體中，相互吸引的原子也有向內(nèi)坍塌趨勢(shì)，但負(fù)絕對(duì)溫度卻能遏制它們向內(nèi)運(yùn)動(dòng)而保持穩(wěn)定。這種宇宙中普遍存在的奇特現(xiàn)象如今也能在實(shí)驗(yàn)室看到，值得宇宙學(xué)家進(jìn)一步研究。