愛因斯坦預言的物質第五狀態，科學家發現了它的新秘密

我們都知道，物質有固液氣三態，這是常識。後來科學家告訴我們：物質還有第四態，那就是等離子態。等離子態是在高温、高壓等情況下導致原子核與電子被迫分離的物質狀態，比如我們生活中的火焰，太陽的核心等等。

那麼，你聽説過物質還有第五種狀態嗎？

傳説中物質的第五態，就是神秘的玻色-愛因斯坦凝聚態（Bose–Einstein condensate，簡稱BEC）。

所謂的凝聚態，就是指由大量粒子組成，並且粒子之間相互作用比較強的狀態，液態和固態其實也都算是凝聚態。但是，還有一些凝聚態非常特別，比如超流態、超導態、鐵磁態等等都有着非常神奇的物理性質，而其中最特別的，就是玻色-愛因斯坦凝聚態。

早在1920年的時候，愛因斯坦和玻色兩個人就在對光子的統計力學進行研究的時候，預言了這個狀態。他們認為，在某種情況下，一個物質的所有原子都只有一個相同的量子態。很快，人們就真的發現了這種狀態的物質，於是將其命名為玻色-愛因斯坦凝聚態。

現在我們知道，玻色-愛因斯坦凝聚態的獲得並不容易，需要把玻色子原子降温到接近絕對零度時才可以實現。它並沒有達到絕對零度，所以粒子沒有完全停止運動。但它們擁有着驚人的一致性，因此科學家們形象地將玻色-愛因斯坦凝聚態比喻為讓無數原子“齊聲歌唱”。

如今，人類已經多次成功製造出玻色-愛因斯坦凝聚態物質，但最近比較有影響的，就是NASA在2018年7月時於國際空間站製造了這種宇宙中最寒冷的物質。他們在NASA噴氣推進實驗室的冷原子實驗室（Cold Atom Laboratory，簡稱CAL）將金屬銣降温到約100納開（僅比絕對零度高0.0000001攝氏度），終於獲得了這種神奇的狀態，並且進行了一系列相關的研究和實驗。

研究表明，由於温度極低，玻色-愛因斯坦凝聚態的原子全都處於最低能態，運動速度極慢，並且彼此之間距離極近，甚至可以發生重疊，形成高密度的原子雲。

（圖片説明：薩特延德拉·納特·玻色）

他們之所以選擇在國際空間站進行這些實驗，是因為玻色-愛因斯坦凝聚態非常敏感，在引力作用下非常容易被破壞，所以才選擇太空的微重力環境。

科學家並非不能在地球上創造玻色-愛因斯坦凝聚態物質，利用激光冷卻和磁場等手段也可以實現。不過，這對於研究它來説，也有着很大的困難。這是因為，冷卻過程的最後一步，就是將這些物質固定在一個磁阱中，然後使其“蒸發”出能量較高的粒子，留下那些能量比較低的。當磁阱中只剩下低能量粒子的時候，它就會關閉，給科學家提供寶貴的研究機會。不過，這個機會持續的時間並不會很長，在重力的作用下，玻色-愛因斯坦凝聚態只能持續幾十毫秒。

但是，在太空中，科學家就不需要面對這種麻煩。由於處在微重力狀態，玻色-愛因斯坦凝聚態也能保持更長的時間，甚至可以超過1秒。雖然對於我們普通人來説這個時間依然非常短，但它已經比在地球上延長了幾十倍的時間，並且可以給科學家提供大量的信息。同時，微重力狀態允許科學家制造玻色-愛因斯坦凝聚態的設備相對簡單一點點，也更便於科學家的觀察和研究。

研究人員指出：“我們發現：射頻誘導的蒸發冷卻在微重力下顯示出明顯不同的結果。我們觀察到在軌原子增加了三倍，通過施加不同梯度的磁場，確認約有一半的原子處於對磁不敏感的狀態|2，0，在磁阱的周圍形成了一個環狀的雲。”

如果是在地球上，那麼受重力的影響，它們將會從磁阱周圍被拖曳走。就像地球上水滴會形成一頭尖一頭圓的形狀，而太空中的水滴就會變成球形一樣。得益於太空中的微重力狀態，科學家可以更仔細地觀察凝結物，從而發現了這團玻色-愛因斯坦凝聚態雲周圍鬆散的銣原子環。

玻色-愛因斯坦凝聚態具有着非常特殊的性質，比如在自轉的形態下，它甚至可以將光“凍結”，像黑洞一樣使射入的光無法逃離，只有在脱離第五狀態時光才能重新逃離。同時，我們還可以利用玻色-愛因斯坦凝聚物進行宇宙中引力波的探索，取得更多的天文發現。由於這種狀態非常難以獲得，所以我們對它的瞭解還非常有限。

（圖片説明：國際空間站，科學家在這裏的冷原子實驗室製造出了玻色-愛因斯坦凝聚物）

我們有理由相信，在玻色-愛因斯坦凝聚態下，可以看到一個非常不一樣的世界。也許在這種狀態下，許多常態下的物理難題都可以被破解。當我們能夠輕鬆獲得玻色-愛因斯坦凝聚物的時候，相信很多科技難題也將被突破。期待。