“回顾了一遍热的成因后,我们就能继续下一步了,如何有效地冷却?很简单,把微观粒子的运动速度降下来。生活中,降温的方法很多很多,然而,要想得到全宇宙最低的温度,就必须使用雷射!正常的室温条件下,空气中大气分子的运动速度高达每秒几百米,这跟某些枪的初速差不多。即使温度低到零下270℃,也会有一部分微观粒子的速度达到每秒几十米。因此,要让分子原子的运动速度大大降低,着实不是一件容易的事。
原子、分子那么小,你要让它们的速度降下来,不可能用一些粗暴的办法,因为它们太小了,一个好办法是,用一些更小的粒子去‘撞击’抵消它们的速度,这就类似于,一辆迎面而来的小车,它处在自由滑行的状态,为了降低它的速度,你可以不断地向它扔石头,每砸一次,小车的速度降低一些,直到降低到我们想要的速度。
那么,用什么来“撞击”分子或者原子呢?最适合的莫过于光子了。我们都知道,光子会产生一种压力,这就是光压。科幻中或者设想中的太阳帆就是利用无数的光子作为推力的。”
说到这里,底下的机灵鬼朱蒂文老同学举手提问了:“说得轻巧,但是你知道吗?分子的运动是无规则的,有的迎面向你运动,这好办,有的却是同向运动,你把光子扔过去,遇到迎面的分子,这自然能降低它们的速度,但是,如果分子的运动方向跟光子相同,你岂不是又增加了分子的运动速度?这么一搞下来,等于是做无用功。”
叶华点头笑道:“这个疑问非常有道理,这也是无数人在理解雷射冷却时必然会遇到的一个问题。要度过这道坎,咱们得从原子的能级说起,原子就是原子核加上原子核外面的众多电子。而电子在原子核外面的排布是分极的。举个不准确但是非常形象的比喻就是,原子核就是太阳,电子就是行星。跟太阳系所不同的是,电子只能从这个轨道跃迁到另一个轨道,绝不会待在两个轨道之间的某一个位置。也就是说,如果地球是一个电子,那么,它要么获得能量后,跃迁到火星的轨道,或者失去能量,降到金星的轨道,决不能处在地球轨道和火星轨道的中间。
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