1.媒體來源:
SciTechDaily
2.記者署名:
噴氣推進實驗室
3.完整新聞標題:
測試愛因斯坦的相對論：NASA 在太空中釋放超冷量子技術
4.完整新聞內文:
美國宇航局 （NASA） 位於國際空間站 （International Space Station） 的冷原子實
驗室 （Cold Atom Lab） 將量子技術用於先進的空間科學，為引力場、暗物質和暗能量
提供了新的見解，並在微重力下測試了廣義相對論的各個方面。
未來的太空任務可能會使用量子技術來追蹤地球上的水，探索衛星和其他行星的組成，或
探測神秘的宇宙現象。
NASA 的冷原子實驗室是國際空間站 （ISS） 上的第一個此類設施，它朝著徹底改變量子
科學在太空中的應用方式又邁出了一步。科學團隊成員使用實驗室的一款機載工具測量了
空間站的細微振動，這是首次使用超冷原子來檢測太空中周圍環境的變化。
這項於 8 月 13 日發表在《自然通訊》上的研究還報告了太空中自由落體中原子波動性
的最長演示。
量子測量的進步
Cold Atom Lab 科學團隊使用一種稱為原子干涉儀的量子工具進行了測量，該工具可以精
確測量重力、磁場和其他力。地球上的科學家和工程師使用此工具研究重力的基本性質，
並推進有助於飛機和船舶導航的技術。（手機、電晶體和 GPS 只是基於量子科學的其他
一些主要技術，但不涉及原子干涉測量法。
物理學家一直渴望在太空中應用原子干涉測量法，因為那裡的微重力允許更長的測量時間
和更高的儀器靈敏度，但人們認為這種非常敏感的設備太脆弱了，在沒有動手幫助的情況
下無法長時間運行。從地球遠端操作的冷原子實驗室現在已經證明這是可能的。
“達到這一里程碑極具挑戰性，我們的成功並不總是理所當然的，”南加州 NASA 噴氣推
進實驗室的冷原子實驗室專案科學家 Jason Williams 說。“團隊需要奉獻精神和冒險精
神才能實現這一目標。”
引力洞察及其他
可以高精度測量重力的天基感測器具有廣泛的潛在應用。例如，它們可以揭示我們太陽系
中行星和衛星的組成，因為不同的材料具有不同的密度，從而產生細微的重力變化。
美德合作的 GRACE-FO（重力恢復和氣候實驗後續專案）已經在進行這種類型的測量，該
機構檢測重力的微小變化，以跟蹤地球上水和冰的運動。原子干涉儀可以提供額外的精度
和穩定性，揭示有關表面質量變化的更多細節。
對引力的精確測量還可以深入瞭解暗物質和暗能量的本質，這是兩大宇宙學之謎。暗物質
是一種看不見的物質，在宇宙中比構成行星、恆星和我們能看到的所有其他事物的“常規
”物質常見五倍。暗能量是宇宙加速膨脹的未知驅動力的名稱。
“原子干涉測量法也可以用來以新的方式測試愛因斯坦的廣義相對論，”弗吉尼亞大學教
授卡斯·薩克特（Cass Sackett）說，他是冷原子實驗室的首席研究員，也是這項新研究
的合著者。“這是解釋我們宇宙大尺度結構的基本理論，我們知道該理論的某些方面我們
沒有正確理解。這項技術可能會幫助我們填補這些空白，讓我們更全面地了解我們所居住
的現實。
冷原子實驗室：微重力量子實驗室
冷原子實驗室 （Cold Atom Lab） 大約有一個迷你冰箱那麼大，於 2018 年發射到空間
站，目標是通過在近地軌道的微重力環境中放置一個長期設施來推進量子科學。該實驗室
將原子冷卻到幾乎絕對零度，即零下 459 華氏度（零下 273 攝氏度）。在這個溫度下，
一些原子可以形成玻色-愛因斯坦凝聚態，這是一種所有原子基本上都具有相同量子恆等
性的物質狀態。因此，一些原子通常微觀的量子特性變得巨集觀，使它們更容易研究。
量子特性包括有時像固體粒子，有時像波。科學家們不知道這些由所有物質構成的組成部
分是如何在如此不同的物理行為之間轉換的，但他們正在使用量子技術（如冷原子實驗室
提供的量子技術）來尋找答案。
在微重力下，玻色-愛因斯坦凝聚態可以達到更冷的溫度並存在更長的時間，這為科學家
提供了更多研究它們的機會。原子干涉儀是該設施中的幾種工具之一，通過利用原子的量
子特性實現精確測量。
由於其波狀行為，單個原子可以同時傳播兩條物理上獨立的路徑。如果重力或其他力作用
在這些波上，科學家可以通過觀察波如何重新組合和相互作用來測量這種影響。
探索量子未來
“我預計天基原子干涉測量技術將帶來令人興奮的新發現和奇妙的量子技術，影響日常生
活，並將我們帶入量子未來，”紐約羅切斯特大學（University of Rochester）教授、
冷原子實驗室（Cold Atom Lab）首席研究員尼克·畢格羅（Nick Bigelow）說，該研究
的合著者是美國和德國科學家聯合體的首席研究員。
參考資料：Jason R. Williams、Charles A. Sackett、Holger Ahlers、David C.
Aveline、Patrick Boegel、Sofia Botsi、Eric Charron、Ethan R. Elliott、Naceur
Gaaloul、Enno Giese、Waldemar Herr、James R. Kellogg、James M. Kohel、Norman
E. Lay、Matthias Meister、Gabriel Müller Holger Müller、Kamal Oudrhiri、
Leah Phillips、Annie Pichery、Ernst M. Rasel、Albert Roura、Matteo Sbroscia、
Wolfgang P. Schleich、Christian Schneider、Christian Schubert、Bejoy Sen、
Robert J. Thompson 和 Nicholas P. Bigelow，2024 年 8 月 13 日，Nature
Communications。
DOI： 10.1038/s41467-024-50585-6
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美國宇航局 （NASA） 的冷原子實驗室 （Cold Atom Lab） 位於國際空間站 （ISS） 上
，代表了在太空獨特的微重力環境中利用量子技術的開創性努力。這個緊湊的實驗室於
2018 年啟動，大小與迷你冰箱差不多，可將原子冷卻至接近絕對零度，從而創造出比在
地球上更清晰地觀察到量子現象的條件。
該實驗室的主要工具是原子干涉儀，可以精確測量引力，從而深入瞭解引力的基本性質以
及有關暗物質和暗能量的潛在線索。通過利用國際空間站上長時間的自由落體狀態，冷原
子實驗室為推進量子科學提供了一個無與倫比的平臺，有可能帶來新技術和對宇宙的更深
入理解。
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https://www.nature.com/articles/s41467-024-50585-6