NASA宇宙探索:验证宇宙基本力理论

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美国航空航天局(NASA)制发明的故事了目前已知的宇宙最低温。国际空间站的研究团队利用有有1个多装有激光器和真空室的“小盒子”,对原子进行超低温冷冻,试图更好地了解重力在最微小尺度上对物质的影响。我们首次在地球轨道上制发明的故事了超低温的原子云,即玻色-爱因斯坦凝聚。

该研究的目标是为有有1个多统一的宇宙基本力理论提供线索,或许还能为改进型传感器、量子计算机和太空导航中所用的原子钟的发展铺平道路。研究人员利用了国际空间站上的特殊舱室——冷原子实验室,在微重力条件下操纵超低温量子乙炔气 乙炔气 乙炔气 。所有原子的量子态都束聚于有有1个多单一的量子态的情况报告被称为玻色-爱因斯坦凝聚,20世纪20年代,爱因斯坦和萨特延德拉·纳特·玻色首次对你你这个 情况报告进行了预言。

冷原子实验室的温度计记录的最高温仅有60 毫微开尔文,即绝对零度之上1开尔文(热力学温标记为K)的千万分之一。绝对零度即0K的情况报告,大概摄氏温标零下273.15度(-273.15℃)。在理论上,所有粒子在你你这个 温度时后会 停止活动。冷原子是寿命很长、精确受控的量子粒子,科学家希望它们成为达到物理学中最虚幻目标之一——由爱因斯坦首先提出的关于4种基本力的统一理论——的关键。

大家认为,通过观察原子在几乎所处绝对零度时的行为,物理学家都上能 了解引力、弱相互作用、强相互作用和电磁相互作用的彼此关系。与一些并有无 力不同,引力都上能 在很大的范围上发挥作用,科学家对其在大尺度上的应用也了解得很清楚。我们他不知道的是,有有1个多基本力中最弱的引力怎么上能 与量子粒子相互作用,以及怎么上能 与一些3种基本力建立联系。

冷原子实验室于今年5月发射到了国际空间站,科学家希望它的启用能为了解引力在量子力学理论中扮演的角色提供线索。玻色-爱因斯坦凝聚在世界秩序中具有本人独有的位置,被定义为物质的第5种情况报告,不同于乙炔气 乙炔气 乙炔气 、乙炔气 乙炔气 乙炔气 、乙炔气 乙炔气 乙炔气 和等离子体。

冷原子实验室的设计目的是提高科学家对引力进行精确测量的能力,并研究引力怎么上能 在最小尺度上与哪些地方地方独特的物质底部形态相互作用。原子的波动性质通常都上能 了在显微水平上观察到,但玻色-爱因斯坦凝聚使你你这个 大问题变得宏观,随后也更容易进行研究。在冷原子实验室中,随后温度极低,使来自铷原子的粒子都所处最低能量情况报告,随后呈现相同的波动底部形态。

这使玻色-爱因斯坦凝聚的行为相似有有1个多“超级原子”,而后会 单一原子,进一步提高了你你这个 大问题的可见性。自1995年首次在实验室中被制发明的故事来随后,科学家无缘无故在地球上对玻色-爱因斯坦凝聚进行研究。当年参与研究的三位科学家在60 1年时获得了诺贝尔奖。

接下来的多年时间里,科学家进行了数百次相关实验,有一些甚至是搭载火箭前往太空进行的。在地球上,研究玻色-爱因斯坦凝聚时都要关闭“原子陷阱”——由磁场或激光制成的零阻力容器——但地球的引力会在一瞬间摧毁你你这个 情况报告。在国际空间站的冷原子实验室,微重力环境使科学家才能一次观察玻色-爱因斯坦凝聚5到10秒,更多的分析和测量成为随后。

冷原子实验室还使宇航员在一天内能完成多个不同的实验。“冷原子实验室是极其僵化 的设备,”NASA喷气动力实验室天文和物理理事会首席工程师罗伯特·绍威尔说,“通常情况报告下,玻色-爱因斯坦凝聚实验涉及足以填满整个房间的仪器,随后要求科学家持续不断地监测,而冷原子实验室的大小与一台小型冰箱差没了来很多,还都上能 从地球上远程操作。”

从2017年2月开始英语 英语 了了,罗伯特·绍威尔就在监督你你这个 充满挑战性的项目。跟跟我说:“这是有有1个多很困难的项目,都要付出巨大的努力来克服所有障碍,建立起今天在国际空间站上运行的僵化 设施。”冷原子实验室由有有1个多容器组成,包括较大的“四锁柜”和较小的“单锁柜”。除了由铷原子制造的玻色-爱因斯坦凝聚之外,冷原子实验室团队还在尝试利用并有无 不同的钾原子同位素来获得你你这个 情况报告。

大统一理论

爱因斯坦在提出相对论随后,从20世纪20年代开始英语 英语 了了就致力于发展并有无 统一理论来融合广义相对论和电磁学。当时,你你这个 个多多领域代表了并有无 已知的相互作用,即引力和电磁力。爱因斯坦指出,这两者的连接将使物理学家才能将已知宇宙的各个方面拼接到同去。

原来的理论描述了有有1个多单一场,所有力在其中都相互介导,随后所有粒子的性质都都上能 被推导出来。当时科学家所知道的粒子都上能 了电子和质子,中子的发现要等到1932年。

哪些地方是玻色-爱因斯坦凝聚?

玻色-爱因斯坦凝聚是并有无 超低温的原子云,最初是在71年前由爱因斯坦和萨特延德拉·纳特·玻色提出。在玻色-爱因斯坦凝聚情况报告时,物质呈现为并有无 “超级流体”,其黏度为0。这也意味着着分析,原子都上能 没了摩擦地移动,就好像它们是并有无 乙炔气 乙炔气 乙炔气 物质。此时,科学家都上能 观察到它们更像是波,而后会 粒子,随后各排原子彼此移动时就像“神秘的波形”。研究人员希望,通过对玻色-爱因斯坦凝聚的研究,都上能 了解引力怎么上能 与最微小的粒子相互作用,以及其中蕴藏的基本原理。

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