物质内的原子或分子都在永不停歇的做无规则热运动，这种运动的剧烈程度由系统的温度来描述。运动越剧烈，则温度越高，反之温度越低。
那么，有什么办法能让原子静下来呢？
有啊！降温呗，采用各种低温技术就可以啊！只要让原子所处环境温度足够低，原子都被冻住了，也没力气再动来动去了。
可是，要真正让原子冷静下来，温度需要接近绝对零度才可以，而一般的低温技术根本达不到这个要求。
那该怎么办呢？
你知道，若想让河水停下来，筑坝拦住就行了。
但是原子的运动是杂乱无章的，方向各异，速度有快有慢。要使它们慢下来，不可能对原子集体作用，作用必须到原子个体上。正如你想摧毁战场上那混乱的敌军战车，你能做的就是瞄准它们各个击破。
但原子非常小，有什么精细的武器能将作用准确施加到原子个体上呢？
不错，光能干这事！
光虽然是照在原子上集体上，但各个光子就像射弹一样精准的打在各个原子上，保证作用到位。
打个比方，原子就好比是马路上行驶的汽车，而光子就像是迎着汽车飞过去的石头。根据动量守恒定律，就像汽车不断被迎头击中而降速一样，原子也会因为不断受到光子的冲撞而逐渐慢下来。
但问题是，入射的光可能会让迎面而来的原子减速，但同样也会让那些与光子速度同向的原子加速。并且可以想见，原子被光子碰撞而加速和减速的机会应该是一样多！所以无法为原子降速。
看来，想要实现给原子降速的目的，必须要解决的关键问题是：如何做到只让迎着光的原子被光子撞击，而避免沿着光的方向运动的原子被光子推动呢？
要回答这个问题，就得看光子碰到原子会发生什么。
这得首先从光量子的概念说起。
电磁波在碰到其他微粒时，看起来就像一个弹性小球，它们的能量和动量分别为 对一般的普通光源来说，频率 不是唯一的。所以对一般的光来说，光子的能量各不相同。
激光是一种相干光，它的方向性好，而且有很好的单色性，可近似被认为只有一个频率，每个光子都具有相同的能量。
光子碰到原子时，它可能被原子吸收 —— 之所以说可能，是因为这个吸收不一定发生，取决于原子吸收光子的能量后，能否跳到其他能级。
那么，什么是能级呢？
原子具有能量，这个能量包含原子整体（主要是原子核）的动能、电子的动能以及电子与原子核之间相互作用的能量。
原子整体的能量很大，除非高能光子，普通激光的能量不足以达到这个的级别，因此很难与之发生能量交换。就好像你丢一个乒乓球到一个铁球上一样，乒乓球直接被原速弹回，铁球还是兀自按原速运动。
电子就不一样了，因为它比原子核小很多，没那么高冷，光子的能量可以得到它的青睐。尤其是外层电子，由于受原子核约束较小，更容易与外来的光子发生作用。
换句话说，电子几乎接管了原子全部的对外交流活动，外来的粒子如何被吸纳或拒绝，都是由电子来决定的！这就是为什么我们说原子态或原子能级时总是只讨论电子的原因。
那么，是不是电子可以随意地吸收各种不同能量的光子呢？
不行，电子身不由己啊！由于量子力学的限制，电子只能在某些离散的轨道上运动，这使得它无法接受不满足要求的能量。
电子绕原子核运动，对某种原子来说，电子可能的轨道是确定的。电子只能在这些轨道上运动，这就好像太阳系一样，那些行星只能在那些确定的轨道上运动，如果偏离一点，这个太阳系可能就要崩溃了。
激光冷却的实现有很多不同的技术，其中最重要的原理是多普勒效应，因此激光冷却也被称作多普勒冷却。通过多普勒冷却，人们成功将铷-85 原子冷却到 150 微开的低温。
在现代物理研究中，激光冷却原子是一项非常重要的技术。1997 年诺贝尔物理学奖授予科恩（Cohen-Tannoudji）、朱棣文（Steven Chu）和菲利普斯（Daniel Phillips），因为他们发展了“激光冷却和捕获原子的方法”。
本文来自微信公众号：大学物理学 （ID：wuliboke），作者：薛德堡