古典地球觀測已經達到極限，因此科學家正在探索太空中的基本物理學，以瞭解我們星球的複雜性。您可能將許多科學與放大相關聯（例如，使用顯微鏡觀察微生物或分離單個化學反應），但是縮小同樣重要。有時，我們只是站得太近而無法很好地解決問題。當我們備份時，圖片變得更加清晰。

量子物理學家只想做到這一點，目的就是了解和應對氣候變化。他們的計劃是透過利用太空中的超冷原子來創造“宇宙中最冷的點” ，以瞭解有關地球的更多資訊。為了更全面地瞭解控制我們自然世界的極為複雜的動力學，需要用於地球觀測和感測的量子技術。正如歐洲航天局關於量子應用的一份報告指出：“鑑於人類所面臨的全球變暖的極端影響，地球觀測也許是我們這個時代最重要的科學努力……但是，很明顯，傳統的測量方法無法進一步推進。”

Cold Atom Lab（CAL）是由NASA噴氣推進實驗室開發的小型實驗室，於2018年安裝在國際空間站（ISS）上。它的大小與微波爐差不​​多，重量與大狗差不多。在內部，科學家計劃對冷卻到接近零溫度的原子雲進行實驗，這些原子都以相同的量子態存在。今年6月，CAL在生產其中一種稱為Bose-Einstein凝結物的雲時能夠透過重要的概念驗證。最終，物理學家希望利用它們來了解有關宇宙及其在宇宙中所處位置的基本真相，他們說，可能性超出了想象。加州理工學院應用物理學教授基思·施瓦布（Keith Schwab）說：“您提出的第一件事是可以想象的東西，然後科學史說您將找到無法想象的東西。”但更具體地說，CAL的一個目標是充當最精確的物質波原子干涉儀，該裝置將幫助我們以前所未有的方式來測量地球。

人類為什麼需要量子技術來了解氣候變化？

太空中的物質干涉儀由於其靈敏度或裝置可以測量微小變化的能力而變得至關重要。CAL將具有前所未有的敏感性，這可以幫助科學家瞭解發生的微小變化。

CAL的主要方法是透過大地測量，這是對行星的形狀，方向和引力場的研究。當氣候變化導致冰融化並重新分配水分量時，地球的大地測量特性也在發生變化。

能夠以這種精度測量地球表面以下物質密度的變化，將補充NASA重力恢復和氣候實驗（GRACE）衛星收集的現有資料。

物質波干涉法的科學基於量子力學中的關鍵概念，即波粒對偶性。要了解正在發生的情況，首先考慮光的干涉法（一種經典的波例）可能會很有用。

單個光波具有給定的振幅，但是當將兩個光波放在一起時，會得到一個結果波，其中兩個光波相加（稱為相長干涉）或相互抵消（稱為相消干涉）。波的干擾很常見，這是降噪耳機背後工作的科學原理。

這就是量子物理學中的“量子”出現的地方：物理學家路易斯·維克多·德布羅意（Louis-Victor de Broglie）於1924年提出理論，認為所有物質，不僅是光，都可以像波一樣運轉。正如德布羅意預言的那樣，物理學家此後開始了他的工作，觀察了原子像波一樣的行為。麻煩之處在於，要觀察這種效應，必須將這些原子的雲冷卻到接近0開氏度。即使到那時，在地球上，這些被稱為玻色-愛因斯坦凝結物的雲仍會持續極短的時間，這與以波形式持續存在的光不同。罪魁禍首是罪魁禍首。