“1924年，印度物理学家萨蒂延德拉·纳思·玻色，在其推导普朗克量子辐射定律的论文中，提出一种新理论描述光子行为，这种新的分析光子行为的统计力学方法，现称之为“玻色统计”。当玻色将论文寄给爱因斯坦后，爱因斯坦即刻意识到这篇论文的重要性，并将玻色理论推广至有静止质量的原子。爱因斯坦预言：如果将这类原子气体冷却到非常低的温度，那么，所有原子会突然凝聚到能量最低的状态。这一奇特现象，后来被称为玻色-爱因斯坦凝聚……”第十届中国科协年会举行前，本报记者于9月9日采访了此届年会第一分会场会议主席、中科院物理研究所研究员吴飙博士及其同事王如泉博士。

　　爱因斯坦做出上述预言70年之后，物理学家1995年终于在稀薄碱金属原子气体中，观察到严格意义上的玻色－爱因斯坦凝聚现象。对爱因斯坦预言的验证，为何经历了这样长的时间？

　　吴飙介绍说，这是因为玻色-爱因斯坦凝聚物为一种“人造物”，只有将原子气体温度降低至一个极为接近绝对零度的温度：一百纳开尔文（nK）即10-7开尔文左右才会形成。他说，被冷却到上述温度附近的原子，称为冷原子或超冷原子。

　　吴飙强调，一般具有空气密度（每立方米1025原子）的气体，在被冷却到十几个纳开尔文时会变为固体或液体，为使其不变为固体或液体，需将气体变得非常稀薄，这样就可加大原子间隙，减少它们之间的碰撞，从而阻止它们形成固体或液体。

　　那么，凝聚状态下的冷原子气体处于一种什么状态呢？吴飙说，这种气体中原子运动的平均速度大约为一分钟2．4米，而室温下空气中分子的平均速度为一秒钟300米；凝聚状态下冷原子气体密度为一立方米1018～1020个原子，比空气稀薄至少10万倍。

　　最终，人们还是实现了玻色－爱因斯坦凝聚。

　　王如泉介绍说，1997年度诺贝物理学奖获得者之一、华裔科学家朱棣文，在发展激光冷却和捕获原子的方法方面做出了独特的贡献。然而，仅用激光方法还达不到玻色-爱因斯坦凝聚所要求的低温，为此，物理学家开始使用冷阱蒸发冷却法。他们将激光冷却后的原子气体囚禁在磁“杯”中，然后慢慢降低磁“杯”的高度，让能量高运动快的原子逐渐从“杯”沿逃逸，从而将原子气体温度降至玻色-爱因斯坦凝聚临界温度以下。他说，这非常类似一杯热茶或热咖啡，其变凉主要系运动快的水分子从表面蒸发带走了热量。

　　王如泉说，1995年，3位物理学家——美国的康奈尔、维曼与德国的克特勒分别领导的实验组，在极为接近绝对零度亦即-273．16摄氏度条件下，首次通过实验在稀薄冷原子气中观察到玻色-爱因斯坦凝聚这一奇特物理现象。这3位科学家因此荣膺2001年度诺贝尔物理学奖。如今，全世界已有上百个实验室可实现玻色－爱因斯坦凝聚；我国的中科院上海光机研究所、北京大学，中科院武汉物理数学所和山西大学等4个实验室，亦已实现玻色－爱因斯坦凝聚。

　　那么，以玻色－爱因斯坦凝聚为代表的冷原子，对人类社会究竟会产生什么影响？

　　吴飙指出，从微观上理解以及控制固体材料的性质，这一直是对科学家的一个重大挑战。历史上，物理学家利用量子力学成功地在微观上理解进而懂得如何控制半导体材料的性质，为现代半导体工业奠定了坚实基础。然而科学家对许多固体材料诸如高温超导体的性质，依然缺乏准确的微观理解，更枉谈对它们的性质进行控制。

　　吴飙说，宇宙间基本粒子分为两类：玻色子和费米子。实现玻色－爱因斯坦凝聚的原子是玻色子。在成功冷却玻色原子气体的推动下，现在人们已能将费米原子气体冷却到简并温度以下；物理学家可利用这种极低温度下费米原子气体和用激光形成的光晶格，模拟许多固体系统。对它们的研究将最终帮助人类理解许多固体材料的性质，为研制新一代的固体器件打下理论基础。

　　王如泉指出，激光制冷可大大提高原子束的亮度，从而制造出用于多种精密测量的原子干涉仪，例如原子喷泉钟等。在原子芯片上形成的玻色－爱因斯坦凝聚物制造的原子干涉仪，可对地球表面的重力进行精密测量从而寻找矿藏或油气田。他还举例说，传统的硅芯片计算机，因其面临耗能和散热等问题已开始挑战摩尔定理，而利用冷原子有可能在纳米尺度发展量子计算机，在本质上取代冯·诺依曼计算机体系。

　　关于冷原子对人类社会意味着什么，吴飙这样说：人们曾问英国物理学家法拉弟研究电和磁有何用，法拉弟反问道：婴儿有什么用？婴儿的用处是他／她孕育着希望和美好的未来。法拉弟在电和磁方面的基础研究，孕育并开创了电气化时代。