为什么激光能使原子“冷却”下来？
想象一群自由原子，它们都在杂乱无章地运动着，这种无规则运动叫作热运动。科学家用温度来描述无规则运动的激烈程度。温度越高，表明热运动越激烈，或者说原子的平均运动速率越大。室温下，原子的平均运动速率约为300米/秒。从这个意义上看，获得低温，实际上就是降低原子无规则运动的速度。那么用什么办法能让原子降温，或者说，让原子热运动速度降低呢？
早在半个世纪前，人们就发现电磁辐射能影响原子的运动。激光冷却就是利用问世于20世纪60年代初的激光来降低原子热运动速度。那么激光冷却的原理是什么呢？
想象一辆汽车借着惯性在无摩擦的冰面上滑行，若有人将一些小沙袋迎面投掷进滑行中的汽车里，汽车的速度必然会降低。这就是物理学中的动量守恒原理。激光冷却正是利用了这个原理。原子就像冰面上滑行的汽车，激光可看成由一个个光子构成，而这些光子就是小沙袋。通俗地讲，就是原子吸收了迎面而来的光子，运动速度降低，从而温度下降。
且慢，还有个问题。由于原子在做无规则运动，当人们发射一束激光，必有一些光子赶上原子，从后面撞上原子而不是迎面撞上原子。这样，激光降低了某些原子的运动速度，岂不也同时提高了另外一些原子的运动速度？
这里涉及物理学中的另外一个现象——多普勒效应。你是否有这样的经历，一列鸣笛的火车从你身旁急速驰过，当火车由远而近时，你听到的汽笛声稍显尖锐，而在火车由近而远时，汽笛声略变低沉。1842年，奥地利科学家多普勒发现并解释了这一现象：当声源或光源（都是波）高速接近观测者时，观察者测量（感受）到的频率会变高，反之，当声源或光源远离观测者时，观察者测量到的频率变低。
既然如此，迎着光源运动的原子和远离光源运动的原子“感受”到的光子频率是不同的。而根据量子力学原理，原子在吸收光子时很“挑剔”，仅对某些特定频率（称为原子吸收频率）的光子才会“欣然笑纳”，其他频率的光子只能与原子“擦肩而过”，不为原子所吸收。所以，如果把激光频率调到比原子的吸收频率稍低一点，那么只有面向光源运动的原子会吸收迎面而来的光子，速度慢下来，而其他原子却与光子“失之交臂”，运动速度不受影响。
如果激光从各个方向照射一群原子，那么原子在各个方向的速度都会降低。即：原子的热运动速率减小，温度下降——原子被“冷却”了。
【知识点】科学幻想中的光学
在未来，科学家也许能够实现光对大物体的吸引。届时，也许会出现类似于美国科幻剧《星际迷航》中的情景：从UFO中射下一束刺眼的亮光，正在人们被强光照射得睁不开眼时，却惊恐地发现自己已离开地面，被一股强大的吸引力吸向飞碟。
【科学家】朱棣文
朱棣文（1948—）是美籍华裔物理学家，他在贝尔实验室工作期间，利用激光冷却技术，使原子冷却到接近绝对零度，从而能够进行精确测量的研究。他因此获得1997年诺贝尔物理学奖，也是第五位获诺贝尔自然科学奖项的华裔科学家。
