如果光变成和水一样的液体，它会发生什么?这并不是一个脑洞。近日，科学家们首次在室温下制造出液态光，让光像水一样在某个物体周围流动、弯曲和环绕。

图 | 艺术家对液态光的想象动画

此次突破由意大利CNR纳米技术研究所和加拿大蒙特利尔理工学院的科研人员共同完成，相关论文发表在 6 月 5 日的《自然物理》上。该研究的成功实施为量子流体力学的进一步发展铺平了道路，也可能为室温超导的实现方法以及新型电子元件提供灵感。

图丨上图为一般液体碰到障碍的反应;下图为液态光碰到障碍的反应

其实，在某些特定情况下，光的确可以变成液体，成为一种超流体，但是，要实现这种效应需要非常苛刻的条件，因为液态光属于玻色-爱因斯坦凝聚态——这种凝聚态的又称为“物质的第五态”(共有六种物态，其他五个分别为气态、液态、固态、等离子态、和费米子凝聚态)。一般情况下，类似的物态只能在接近绝对零度(零下摄氏273度)的低温下出现。

团队首席科学家、来自意大利 CNR 纳米技术研究所的 Daniele Sanvitto说：“此次工作中最不同寻常的是，我们证明了超流体现象也可以在室温的环境条件下实现”。

图丨该项目的两位负责人Daniele Sanvitto 和 Stéphane Kéna-Cohen

研究团队的另一名负责人 Stéphane Kéna-Cohen 则描述了液态光一个更为戏剧化的效果：不同于一般液体，液态光遇到障碍只会平滑地绕过去，不会产生任何波纹和漩涡，表现出零摩擦和零粘性这两个特性。

图丨随着能量的增加，流体在经过物质时逐渐有了超流体的性质。四组对比图分别描述的是电磁极化子的分布、强度、动量、和密度

不难看出，液态光的制备方法与金属超导的实现方法有相似之处：两者都只能在极其低温的条件下才能被观察到，而且持续的时间非常短。

图丨该实验的光学设置，两个镜片之间存在一层极薄的有机分子片

那么，这一次科学家是如何在室温条件下制造出液态光的?据Stéphane Kéna-Cohen介绍，为了达到这个目的，他们把一个 130 纳米厚的有机分子切片放在了两个反射率极高的镜片之间，形成一种类似三明治的结构。

然后，研究人员用周期为 35 飞秒的激光脉冲轰击这个系统，使得光子在镜片间来回弹射。在这个过程中，光子与中间的有机分子急速交错，从而形成了一种具备光-物质二元属性的液态光。简而言之，光子和有机分子中的电子相耦合便形成了液态光。

图丨极化激元

该实验中的这种耦合体叫做极化激元，是一种准粒子。它是由电磁波之间的强烈耦合以及带有电偶极子或磁偶极子的激发作用中诞生。简单来说，极化激元的形成也可看为一颗受激的光子。

极化激元-超流体的概念最早于2007年就被提出，当时的研究者就提出了假设，这类超流体的最大特点之一就是有可能在室温下被实现。

图丨低能和高能的其他测量成像对比，体现了超流体物态的形成

这次的突破将对未来的学术研究和实际应用产生巨大影响。在学术研究上，除了可以让科学家在常温下研究与玻色-爱因斯坦凝聚态相关的基本现象，液态光还可以为量子流体力学提供更好的研究对象。

至于其实际效用，Stéphane Kéna-Cohen说：“这次成果不但展现了有关玻色-爱因斯坦凝聚态的基础性质，还能启发我们设计未来的光子超流体设备，这些设备很可能实现能量上的零损耗”。

此前，在与该实验原理相似的超导体研究中，制造接近零电阻的材料往往需要进行严格的极度冷冻处理。如果利用本次的液态光制备方法，工程师可以在室温条件下生产出更高效的超导材料设备，例如激光器、发光二极管、太阳能电池板和光伏电池等，而且这些装置可以在很大程度上避免光子跟障碍物接触带来的能量损失。

- 延伸阅读：

玻色-爱因斯坦凝聚态

近几年来，科学家制造出来的新型物质种类越来越多，制备方法也正不断走向常规化。无论是此前的金属氢、时间晶体、负质量超流体，还是这次的液态光，这些充满想象力的发现都利用了物质在极端情况下的奇异状态。

其中，上文提到的玻色-爱因斯坦凝聚态便是其中之一，这种凝聚态的又称为“物质的第五态”(共有六种物态，其他5个分别为气态、液态、固态、等离子态、和费米子凝聚态)，遵从量子力学而非经典物理，也是本此研究中最重要的理论支柱。

图丨1953年，萨特延德拉·纳特·玻色盯着一张爱因斯坦的照片

80 年前，爱因斯坦和印度物理学家玻色就基于量子力学预言了这一物态的存在，爱因斯坦甚至因为其太过奇特的性质而对自己的理论产生了怀疑。

该物态在试验中出现是在 1938 年，科学家在2.17K的温度条件下发现氦的同位素，氦-4突然从正常流体突然转变为粘性为零的超流体。然而，当时人们还未把超流现象和爱因斯坦的理论联系起来。

直到 1995 年，科罗拉多大学的Eric Cornell和Carl Wieman才制造出来真正的玻色-爱因斯坦凝聚态物质——约两千个铷原子的聚合体。

为了冷却这堆原子，这两位科学家也是够拼的，首先用激光技术强行降温，然后在用磁场把较热的原子一点一点削掉，最后才降到了100nK(百万分之一度)的温度，不过研究成果最终还是为他们赢得了2001年的诺贝尔奖。

图丨1995年试验：用激光(红色箭头)和磁场(蓝色箭头)对铷原子(绿色区域)降温，最终波色-爱因斯坦凝聚体在绿色区域出现

由此可见，这一回的常温液态光简直6到飞起!在不远的未来，我们期待这种物态会呈现出更多神奇的物理特性，继续为人类带来意想不到的新发现。

神奇的超流体现象

零粘性、零摩擦、遇到障碍物不会产生皱纹……为什么液态光会有这些不可思议的特质?这得从一种叫超流体的特殊现象说起。

超流体现象是液体或气体极端条件下表现出粘性为零的现象。因为流动时不对周围产生摩擦力，其机械能损失也为零，如果我们将超流体放置于环状容器中，由于没有摩擦力，它可以永无止尽地流动。而表现出该性质的物质被称为超流体，此次制造出的液态光就是超流体状态下的光。

图丨如你所见，超流体流经障碍物时不产生任何波纹

超流体一般只存在于接近绝对零度的极端环境中，因为多数超流现象是玻色-爱因斯坦凝聚态的体现——当粒子聚合物冷却至一定程度时，就会以最低能态凝聚，此时它们处于一种基于波粒二象性形成的半量子态，故费米子可以像玻色子一样在狭小的空间内凝聚。

为了方便大家理解，就是一团粒子在很冷很冷的时候抱在一起了。他们抱团之后彼此重合、不分你我，仿佛许多粒小水滴聚合成大水潭一样。如此一来，因为其高度相干的量子性质，流动时摩擦力和粘性消失也不足为奇了。

超流现象是玻色-爱因斯坦凝聚态的一种体现，但不是所有超流体都处于玻色-爱因斯坦凝聚态。与之相对应的还有费米子凝聚态，适用于对超导体的理论描述。

如果太阳能被浇灭!需要多少水呢?用多少水能够浇灭太阳，这个答案你绝对想象不到。太阳并不是在燃烧，只是在进行着不断的裂变爆炸。假设某一天，我们能够很进入太空，将水引入宇宙，走到太阳跟前。那么需要多少水能把太阳浇灭呢?

太阳本身不是一个“火”球，至少不是我们在地球上发现的那种火。太阳有一个非常不同的燃料来源，保持它在太阳系中心不断裂变爆炸。燃料驱动的过程就是核聚变。简单地说，核聚变是当在巨大的压力下，氢原子结合形成氦原子的过程。在进一步研究之前，我们首先去理解一下核聚变的基本原理。

太阳核心的温度最高，粗略地估计，那里的压力是地球的333,000倍，温度为1500万摄氏度。首先，核聚变在地球上不容易重现，因为它只能在极端条件下发生。在那里，氢原子由于压力，彼此融合形成氦，从而发出中微子、正电子和γ射线。最终的熔融氦核的净质量是远远小于其组分总和的，那些损失的质量会作为纯太阳能释放。

想象一下，如果我们设法找到一个与太阳同体积的水源——我知道这是不可能的。但假设，假设我们可以产生这么多水，将它暴露在外层空间，让水冰冻起来，然后我们把这个冰球推向太阳，会发生什么呢?太阳会收到属于自己版本的冰桶挑战吗?

当然不会，水一靠近太阳周围的大气层就会被蒸发然后消散。你的第一个障碍出现了——指挥着数量惊人的水蒸汽靠近太阳的核心。假如你做到了这一点，这是否意味着太阳会被等量的水蒸汽熄灭?很可惜，答案是——不会。太阳实在太强悍，水蒸汽甚至会被进一步分解成其必需物，即氢和氧。

在太阳中发生的核聚变的种类是质子-质子反应，但是宇宙中与太阳化学成分不同的星球上，也存在其他种类的核聚变，其中有一种碳-氮-氧反应。随着氧气的进入，这种反应将会发生在太阳核心，并且由于氢气的增加，太阳的质量将变成之前的1.7倍。随着碳-氮-氧核聚变和质量的增加，你会得到一个相当于之前的1.3倍大小、6倍的光度、温度更高的太阳。

不同于通常有益健康的黄色光，它将以蓝白强光燃烧，并放射出危险的紫外线，届时地球的温度也会变成现在的6倍，我们都会被烤焦。多好的一个馊主意啊!好消息是，以碳-氮-氧反应进行核聚变的星球比太阳死得快，他们只能活几百万年，然后爆炸成超新星。

所以纵观整个宇宙史，想要杀死太阳，不能这么戏剧化地追求速度，只能通过一个漫长的、柔和的过程。但是彻底摧毁太阳，并不是你的衷心吧?这一次，我们必须用近乎光速的速度将它用力扔进太阳。这不会“浇灭”任何火焰，但它肯定会挑战太阳引力的完整性。然后可能破坏这个大火球燃烧着的气体，最后导致其分裂。

其实，不一定非要用水来做到这一点，任何事物都可以变成这种破坏球将太阳摧毁。当然了，没有太阳，所有的生命都会被冰冻，行星也会因为失去引力而凌乱地在宇宙中转动。由此，作为一个思想实验这是很有趣的，但是实际上，这无疑是一种自杀行为。