不管你往什么地方看，到處都有激光的痕跡。激光束能準(zhǔn)確地進(jìn)行外科手術(shù)，就像小小的粒子加速器一樣干凈利落地工作。它們能在實(shí)驗(yàn)室再生太陽表面的白熱狀態(tài)。

   還有一件事讓人意想不到，激光能把材料中的熱量逐漸排出，直至這些材料像冰凍的冥王星一樣冷。美國(guó)的科學(xué)家已經(jīng)研制出激光冷卻器的樣機(jī)，他們希望能把這些冷卻器放到衛(wèi)星上使用。近幾十年來，一種叫做多普勒冷卻的技術(shù)一直在用激光冷卻材料，利用光子使原子減速。能量從原子到光子的轉(zhuǎn)換能使原子冷卻到絕對(duì)溫度零上百萬分之一度弱。但是只是在極小的尺寸上才能作到這一點(diǎn)。

   利用光使大的物體冷卻的想法是德國(guó)物理學(xué)家晉林希姆在1929年首先提出的。他的想法是當(dāng)物質(zhì)發(fā)射熒光時(shí)，它會(huì)變冷。當(dāng)分子吸收光時(shí)，它的電子就受激。這個(gè)新的狀態(tài)是不穩(wěn)定的，分子必須失去多余的能量。要作到這一點(diǎn)，可通過使分子發(fā)生永久性化學(xué)變化（如拆開一個(gè)鍵），或者是將分子升溫，使它和周圍環(huán)境變熱。多余的能量會(huì)以光的形式離開分子。

   通過使熒光離開全部能量，比吸收的能量更多，冷卻便可實(shí)現(xiàn)。其方法便是對(duì)激光束中光子的能量進(jìn)行挑選，以便它只被材料中那些已經(jīng)具有某種能量的分子所吸收，以首先實(shí)現(xiàn)對(duì)這些分子的“加熱”。

   利用統(tǒng)計(jì)方法可以看到，物質(zhì)中有一小部分分子總是比其他分子溫度高。當(dāng)它們吸收光子時(shí)，它們就受激進(jìn)入更高一級(jí)的能態(tài)。在有些材料中這時(shí)熒光會(huì)把分子帶到比它們?cè)瓉淼哪芗?jí)更低，即更“冷”的振動(dòng)態(tài)。離開分子的光于是便比被吸收的光含有更多的能，這種情況被稱為反斯托克斯熒光。

   在理論上普林希姆的想法很好，但是實(shí)踐起來卻困難重重。主要的難點(diǎn)在于要找到一種合適的熒光材料并把它固定在一個(gè)能讓所有的入射光都被吸收和讓所有的熒光都被放出的“清澈”的固體上。
 
   新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)研究小組首次做到了利用這種方法使一個(gè)固體冷卻。愛潑斯坦、戈斯內(nèi)爾和他們的同事使高能紅外激光在一個(gè)用鐿（Yb3+）離子“滲雜”的玻璃基質(zhì)上聚集。

   特地選擇鐿是因?yàn)樗l(fā)熒光的效率高而且電子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，這樣被吸收的能量作為熱運(yùn)動(dòng)在材料里喪失的機(jī)會(huì)就少些。

   愛潑斯坦小組在1995年對(duì)一塊火柴棍大小的玻璃作實(shí)驗(yàn)時(shí)，作到了熱能的損失率是激光能量的2%，它是在氣體中用多普勒冷卻所能夠達(dá)到的效率的10，000倍。按照戈斯內(nèi)爾的的說法，他們所以獲得成功是因?yàn)椴ＡЩ|(zhì)高度純凈，因而可以作到不會(huì)散射或吸收激光。
 
   他說：“值得慶幸的是我們現(xiàn)在制造純凈玻璃供光纖用的能力很強(qiáng)。”

   這次實(shí)驗(yàn)玻璃的溫度只下降0.3℃，但當(dāng)他們用光纖代替玻璃塊，并且增加被吸收的激光量時(shí)，他們作到使試樣的溫度冷卻在16℃的溫度下。

   在那以后，愛潑斯坦和他的同事用一對(duì)新型的鏡子形成一個(gè)空腔，用這方法將他們的技術(shù)進(jìn)一步改進(jìn)和相應(yīng)擴(kuò)大。

   這對(duì)鏡子把一塊直徑約3厘米的摻鐿的玻璃圍在里面，它們能讓鐿的熒光通過，所以能量很容易離開。然而它們會(huì)反射激光束，所以激光速會(huì)在空腔中亂跳從而使冷卻的效率更高。在樣機(jī)的空腔中，摻鐿的玻璃以0.5瓦每秒的速度失去能量。

   科學(xué)家們計(jì)算，假如把空腔加以微調(diào)，它的溫度能冷卻到絕對(duì)溫度60度（約—213℃）。

   愛潑斯坦十分樂觀，他說“我們年內(nèi)即將有一個(gè)真正的冷卻器。”

   “我們的第一個(gè)合適的市場(chǎng)可能是空間──供冷卻衛(wèi)星上靈敏的探測(cè)器和電子設(shè)備。”所有高溫物體能發(fā)出紅外輻射。譬如說，天文學(xué)用的紅外探測(cè)器就是這個(gè)問題，因?yàn)闊醿x器所發(fā)出的“噪音”會(huì)淹沒來自天體的信號(hào)。所以對(duì)紅外探測(cè)器械冷卻是極為重要的。

   迄今為止，使軌道上的探測(cè)器冷卻主要是依賴一罐罐的液化氣，它只能使用幾年，承擔(dān)更長(zhǎng)期使命的衛(wèi)星可以用機(jī)械熱力泵，但是泵的發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)和電磁干擾會(huì)影響紅外傳感器，必須把這些紅外傳感器仔細(xì)地保護(hù)起來。激光冷地器沒有運(yùn)動(dòng)的部件可能是最佳選擇。

   科羅拉多博爾德的保爾航空航天工業(yè)技術(shù)公司的莫德預(yù)言：“這種冷卻器的冷卻能力很快就能和現(xiàn)在使用的深冷器不相上下。”他的公司正打算把愛潑斯坦的激光冷卻器放到空間。

   雖然愛潑斯坦和莫德的預(yù)計(jì)十分樂觀，戈斯內(nèi)爾卻更謹(jǐn)慎些。他預(yù)見到宇宙射線──空間的高能粒子和輻射，它們總在不斷地轟擊衛(wèi)星由此會(huì)帶來一些意想不到的問題。他說，它們可能會(huì)弄壞鐿或者玻璃，攏亂精細(xì)的光化學(xué)平衡，使重新轉(zhuǎn)化成熱的那部分被吸收的光的比例增加等問題。 他警告說：“實(shí)際在空間應(yīng)用還遠(yuǎn)得很，可能還得10年，”但他同時(shí)又說，可以進(jìn)行許多物理學(xué)上有意義的研究。

   大約和愛潑斯坦最初實(shí)驗(yàn)同時(shí)，倫敦帝國(guó)學(xué)院的一個(gè)研究小組也注意到激光冷卻，只不過這是偶然的。

   化學(xué)家朗布斯和克拉克發(fā)現(xiàn)，通過把紅色激光照射到摻有若丹明染料的聚合物薄膜上可以生成黃色熒光。

   朗布爾斯說：“當(dāng)我們把聚合物薄膜的溫度降低幾度時(shí)，黃色熒光就消失了，這表明它是被‘熱’分子吸收了。”使‘熱’分子冷卻意味著這些分子不再能吸光，于是熒光便消失了。當(dāng)科學(xué)家們用一個(gè)含有更多染料液體試樣時(shí)，試樣冷卻了4℃。

   朗布爾斯和克拉克找到了一種利用這個(gè)效應(yīng)的方式──這一次的作法是倒過來。1995年，他們?cè)O(shè)計(jì)并申請(qǐng)一個(gè)靈敏的溫度計(jì)的專利，它是用一根摻雜熒光染料的光纖，一個(gè)激光器和一個(gè)通電的光探測(cè)器制成。通過檢測(cè)產(chǎn)生出多少熒光，它能測(cè)出溫度小到0.2℃的變化。由于它沒有金屬部件，它極適合在金屬腐蝕的環(huán)境中使用。

   朗布爾斯預(yù)見到激光冷卻還有其他用途，例如供光學(xué)運(yùn)算的組件使用。他相信最終會(huì)有供光學(xué)運(yùn)算用的穩(wěn)步的能自動(dòng)調(diào)節(jié)的材料。由于具備這方面的能力，激光冷卻器的前景將是光明的，甚至是光芒四射的。