玻 玻色—爱因斯坦凝聚态,世界不是你想象的那样!
玻色-爱因斯坦凝聚体,世界不是你想的那样
思考时间和生活是一个大命题,从古至今无数人都在追问。我在《非线性变化》一书中写过类似的文章。大概有两种观点。第一,人生的意义不能说;第二,活着比意义更重要。
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当时间成为共同的货币,你将如何生活?在《时间规划局》这部电影里,有一个主角的朋友,他给了他十年时间和一笔巨款。结果他花了九年时间买酒喝酒,突然死在大街上。
现实生活呢?有些人中了彩票,发财后很快就成了乞丐。时间对人类的贪婪总是残酷的。慢慢来。
其实我想说黄金和金钱是生命的共同货币,但生命的共同货币真的是时间。
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生活不仅在于锻炼,还在于探索。对你我来说,每天发现和了解新知识绝对是美好的。
玻色-爱因斯坦凝聚是一种美,也许我们的想象力会短到足以领悟这样的美。让我们互相了解一下。
玻色-爱因斯坦凝聚是当玻色子原子冷却到接近绝对零度时,物质的气态和超流态(物质的状态)。1995年,美国麻省理工学院的沃尔夫冈·基特利(Wolfgang Keightley)和科罗拉多大学的埃里克·康奈尔(Eric Cornell)和卡尔·魏曼(Karl Weiman)在170 NK (1.7× 107 K)的低温下首次利用气态铷原子获得了玻色-爱因斯坦凝聚。在这种状态下,几乎所有的原子都聚集在能量最低的量子态,形成宏观的量子态。
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这张图显示了铷原子的速度分布,证实了玻色-爱因斯坦凝聚的存在。图中的颜色显示了有多少原子处于这个速度。红色表示只有少数原子具有相同的速度。白色表示许多原子处于这个速度。最低速度以白色或浅蓝色显示。
左:在玻色-爱因斯坦凝聚出现之前。
中间图片:玻色-爱因斯坦凝聚刚刚出现。
右:几乎所有剩余的原子都在玻色-爱因斯坦凝聚中。
因为测不准原理,针尖不是无限窄的:因为原子束缚在空的小范围内,所以它们的速度必然有大范围。
从左图到右图,我们可以看到原子状态的变化有一个很大的转折点。这里的“凝聚”不同于日常生活中的凝聚,是指不同状态的原子突然“凝聚”到同一状态(一般是基态)。即不同状态的原子“凝聚”成同一个状态。形象地说,它就像让无数个原子“齐鸣”,它的行为就像一个玻色子的放大。
因此,原子的量子态全部聚成单个量子态的状态称为玻色凝聚或玻色-爱因斯坦凝聚。在20世纪20年代,satyendra nath bose和阿尔伯特·爱因斯坦基于玻色光子的统计力学预测了这种状态。
2005年7月22日,乌得勒支大学的学生罗迪·博因克在保罗·埃伦费斯特的个人档案中发现了爱因斯坦1924年12月手写的原文草稿。玻色和爱因斯坦研究的结果是玻色气体服从玻色-爱因斯坦统计。玻色-爱因斯坦统计是描述玻色子统计分布的理论。
玻色子,包括光子和氦-4等原子,可以共享同一个量子态。爱因斯坦推测玻色子冷却到非常低的温度后会“下落”(“凝聚”)到能量最低的可能量子态,产生全新的相态。
这里我们应该注意玻色子,而不是费米子。这个知识点前面几章已经讨论过了。两个费米子不能同时占据一个量子态,但是两个玻色子可以。
简单三维气体的临界温度为(气体的外势能不变):
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