艾星雨

視之無(wú)形，聽(tīng)之無(wú)聲，謂之幽冥。

——《淮南子·說(shuō)山訓(xùn)》

《幽冥》是美國(guó)Netflix公司在2016年12月推出的一部科幻戰(zhàn)爭(zhēng)電影。在這部電影中，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局的一個(gè)科學(xué)家接受一項(xiàng)致命任務(wù)，帶領(lǐng)一隊(duì)精挑細(xì)選的三角洲部隊(duì)士兵進(jìn)駐一個(gè)被戰(zhàn)爭(zhēng)摧毀的城市，這里游蕩著被稱為“幽冥”的神秘幽靈，它們無(wú)形無(wú)色，能在不經(jīng)意間造成大規(guī)模的傷亡。

難道是導(dǎo)演昏頭了，這明明是一部驚悚鬼片的題材，怎么會(huì)拍成了一部科幻電影呢？看到最后觀眾才會(huì)發(fā)現(xiàn)，其實(shí)這些神秘幽靈并不是鬼怪，而是愛(ài)因斯坦曾預(yù)言過(guò)的一種物質(zhì)形態(tài)。這又是個(gè)什么“鬼”？欲知詳情，且看本文。

玻色-愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)，比鬼怪還要難以理解

在電影《幽冥》中，馬克·克萊恩是效力于美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局的首席工程師，主要負(fù)責(zé)研發(fā)防御性的武器，比如超光譜護(hù)目鏡。一天，克萊恩接到一個(gè)新任務(wù)，說(shuō)在東歐與叛軍作戰(zhàn)的特種部隊(duì)借助超光譜護(hù)目鏡看見(jiàn)了某些無(wú)法描述的東西，于是克萊恩當(dāng)即飛往摩爾多瓦，與他同時(shí)抵達(dá)的還有中情局特工弗蘭·麥迪遜。美軍基地最高指揮官奧倫德將軍給他們看了超光譜護(hù)目鏡拍攝的視頻，一些似有若無(wú)的白色痕跡出現(xiàn)在畫(huà)面之中。將軍說(shuō)，已經(jīng)有士兵因?yàn)檫@些來(lái)歷不明的東西而死去，死者的內(nèi)臟仿佛被冰凍住，然而皮膚卻留下了燒灼和腐蝕的痕跡。當(dāng)?shù)厝苏J(rèn)為，摩爾多瓦常年戰(zhàn)爭(zhēng)，死者眾多，怨氣叢生，這些神秘的東西正是被從地獄召喚來(lái)的“幽冥”。

在前往城市中部探查時(shí)，克萊恩他們找到了一名幸存的士兵，旋即與“幽冥”展開(kāi)了一場(chǎng)近距離的遭遇戰(zhàn)。這些“幽冥”會(huì)爬樓，會(huì)穿墻，會(huì)飛檐走壁，在一般士兵眼里還是隱身的。它們的攻擊方式也很獨(dú)特，迅速地“穿”過(guò)人體，人就凍結(jié)后立刻死去。在克萊恩的超光譜攝影機(jī)里，那些“幽冥”呈現(xiàn)出乳白色的人形，散發(fā)著絨毛一般的微光，一旦奔跑起來(lái)，就會(huì)出現(xiàn)無(wú)數(shù)的疊影，仿佛連續(xù)拍攝高速運(yùn)動(dòng)的物體后再慢速播放的回面。

憑借淵博的科學(xué)知識(shí)，克萊恩推斷，“幽冥”并非傳說(shuō)中的鬼怪，而是由玻色一愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)構(gòu)成的神奇生命。

那么，這個(gè)玻色一愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)到底是什么呢？光看名字的話，似乎比鬼怪還要難以理解。想要真正理解玻色一愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)，需要從物質(zhì)的形態(tài)講起。

超低溫和原子氣體，這對(duì)死對(duì)頭折騰科學(xué)家很多年

眾所周知，物質(zhì)最常見(jiàn)的形態(tài)有3種：固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)。各態(tài)之間因?yàn)闇囟?、壓力等條件，是可以互相轉(zhuǎn)換的。比如水，常溫下是液態(tài)，低溫下是固態(tài)，高溫下又會(huì)變成氣態(tài)。如果溫度一直升高，升高到幾萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)攝氏度，會(huì)發(fā)生什么樣的事情？物質(zhì)內(nèi)部的原子就會(huì)拋掉帶負(fù)電的電子，成為只帶正電的離子。這種現(xiàn)象就是氣體的電離化，電離化后的物質(zhì)（通常是氣體）叫“等離子態(tài)”，也被稱為“電漿”。等離子態(tài)是物質(zhì)的第四種形態(tài)，并且是宇宙中物質(zhì)最普遍的一種形態(tài)。這是因?yàn)楹阈莾?nèi)部的溫度和壓力都高到極點(diǎn)，構(gòu)成恒星的物質(zhì)幾乎都是等離子態(tài)，而宇宙中恒星的數(shù)量非常之多。

等離子態(tài)是極端高溫下的產(chǎn)物，要是溫度一直往下低、往下低，比如說(shuō)，接近絕對(duì)零度（-273.15℃），物質(zhì)又會(huì)出現(xiàn)什么奇異的形態(tài)呢？

1924年，年輕的印度物理學(xué)家玻色給當(dāng)時(shí)已經(jīng)譽(yù)滿全球的愛(ài)因斯坦寄了一篇論文，指出在原子尺度上我們根本不可能區(qū)分兩個(gè)同類原子（如兩個(gè)氧原子）有什么不同。而當(dāng)時(shí)的主流觀點(diǎn)認(rèn)為，在一個(gè)體系中所有的原子（或分子）是可以辨別的。玻色的論文引起了愛(ài)因斯坦的注意。他將玻色的理論用于原子氣體中，得出一個(gè)驚人的結(jié)論：在正常溫度下，原子可以處于任何一個(gè)能級(jí)，各不相同，但在溫度非常低時(shí)，大部分原子會(huì)突然跌落到最低的能級(jí)上，以至于看上去所有的原子都表現(xiàn)得一模一樣，就像一個(gè)大原子。

科學(xué)家將物質(zhì)的這一形態(tài)叫玻色一愛(ài)因斯坦凝聚態(tài)（簡(jiǎn)稱“玻愛(ài)凝聚態(tài)”），是物質(zhì)的第五種形態(tài)。

實(shí)現(xiàn)玻愛(ài)凝聚態(tài)的條件極為苛刻和矛盾：一方面需要達(dá)到極低的溫度，另一方面還需要原子體系處于氣態(tài)?？墒?，極低溫度下的物質(zhì)會(huì)凍結(jié)為固態(tài)，無(wú)法保持氣態(tài)。這令科學(xué)家頭疼不已。

科學(xué)家先是找到了稀薄的金屬原子氣體，這種氣體不會(huì)因低溫而凍結(jié)，下一步就是要?jiǎng)?chuàng)造出接近絕對(duì)零度的條件。借助激光冷卻技術(shù)，科學(xué)家可以制造出與絕對(duì)零度僅僅相差十億分之一攝氏度的低溫。1995年6月，在玻愛(ài)凝聚態(tài)理論提出71年后，美國(guó)科學(xué)家康奈爾、維曼以及德國(guó)科學(xué)家克特勒在銣原子蒸氣中直接觀測(cè)到了玻愛(ài)凝聚態(tài)。這3位科學(xué)家也因此獲得2001年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。此后，這個(gè)領(lǐng)域經(jīng)歷著爆發(fā)性的發(fā)展，世界上有近30個(gè)研究組在9種元素的稀薄原子氣中實(shí)現(xiàn)了玻愛(ài)凝聚態(tài)。

未來(lái)有大用，現(xiàn)在仍處于研究的初級(jí)階段

為什么玻愛(ài)凝聚態(tài)如此受科學(xué)家的歡迎呢？這是因?yàn)樵诮咏^對(duì)零度的條件下，玻愛(ài)凝聚體的原子開(kāi)始聚結(jié)、交迭并逐步同步，形成物質(zhì)的全新形態(tài)，具有多種神奇的特性。

比如超流。液體和氣體具有一般流動(dòng)性，而處于玻愛(ài)凝聚態(tài)的物質(zhì)具有“超流動(dòng)性”：它可以無(wú)任何阻礙地通過(guò)連氣體都無(wú)法通過(guò)的極微小的孔或狹縫（寬度約十萬(wàn)分之一厘米），甚至可順著杯壁往上“爬”出杯子。

比如超導(dǎo)?？茖W(xué)家很早就知道有些金屬在極端低溫的條件下會(huì)失去電阻，這叫“零電阻效應(yīng)”。同時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)“邁斯納效應(yīng)”——當(dāng)金屬處在超導(dǎo)狀態(tài)時(shí)，超導(dǎo)體內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，并把原來(lái)存在于體內(nèi)的磁場(chǎng)排擠出去。原來(lái)科學(xué)家并不知道為什么會(huì)這樣，現(xiàn)在他們知道了，其實(shí)就是那些金屬進(jìn)入了玻愛(ài)凝聚態(tài)。知道了這一點(diǎn)，對(duì)于研究高溫超導(dǎo)體極有幫助。

通過(guò)對(duì)玻愛(ài)凝聚態(tài)的研究，還可以研究原子間的相互作用力、外場(chǎng)等對(duì)物質(zhì)凝聚過(guò)程及動(dòng)力學(xué)的影響。這不僅對(duì)基礎(chǔ)研究有重要意義，而且在原子激光、原子鐘、原子芯片、精密測(cè)量、量子計(jì)算機(jī)和納米技術(shù)等領(lǐng)域都有非常好的應(yīng)用前景。玻愛(ài)凝聚態(tài)的研究也可以延伸到其他領(lǐng)域，例如，利用磁場(chǎng)調(diào)控原子之間的相互作用，可以產(chǎn)生類似超新星爆發(fā)的現(xiàn)象，甚至還可以用玻愛(ài)凝聚態(tài)來(lái)模擬黑洞，研究這種宇宙中最神秘的星體。

目前，玻愛(ài)凝聚態(tài)只在實(shí)驗(yàn)室里極低的溫度下才能夠?qū)崿F(xiàn)，在地球上的自然界中還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)。不過(guò)，不排除在宇宙的別處可能存在。

現(xiàn)實(shí)里，對(duì)玻愛(ài)凝聚態(tài)的研究還處在初級(jí)階段，還有很多秘密等著科學(xué)家們?nèi)ヌ剿?。而在《幽冥》電影里，有人已?jīng)把玻愛(ài)凝聚態(tài)作為武器來(lái)研發(fā)了。

察覺(jué)到所謂的“幽冥”其實(shí)是玻愛(ài)凝聚態(tài)的人形武器后，克萊恩進(jìn)一步查出，所有的“幽冥”都來(lái)自馬薩羅維核電站，因?yàn)橄胍圃觳?ài)凝聚態(tài)，需要近乎無(wú)窮的能量。既然“幽冥”是超低溫制造出的玻愛(ài)凝聚態(tài)，那么用超高溫的等離子態(tài)就可以瓦解。于是，克萊恩帶領(lǐng)士兵制造出一大批等離子武器，然后趕去馬薩羅維核電站。

克萊恩等人深入核電站，發(fā)現(xiàn)這里已經(jīng)被摩爾多瓦叛軍改造為武器研發(fā)基地。他們對(duì)人體進(jìn)行精細(xì)到原子的掃描，再用玻愛(ài)凝聚態(tài)的材料通過(guò)3D打印機(jī)打印出來(lái)，這就是“幽冥”的來(lái)歷。但是研究失控，“幽冥”逃出了核電站，而所有工作人員都在混亂中被殺死。這時(shí)，更多的“幽冥”逃出了囚籠，加入到外邊的激戰(zhàn)中，使戰(zhàn)局越來(lái)越不利于人類。關(guān)鍵時(shí)刻，克萊恩啟動(dòng)了自毀程序，切斷了“幽冥”的能量來(lái)源，于是那些“幽冥”戲劇性地失去了玻愛(ài)凝聚態(tài)，先是僵化，繼而化作無(wú)數(shù)的粒子消失在空氣中。

（責(zé)任編輯：白玉磊 責(zé)任校對(duì)：夏越）