来源:互联网 发布时间:11-15
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尽管听起来可能有些让人感觉难以置信,但物理学家们近期真的制造出了一种原子气体,其温度低于绝对零度。他们所开创的这项技术将有望创造出具有“负温度”的物质材料并发展出相应的新型量子态,甚至还将有可能解答有关我们这个宇宙的基本谜团。
开尔文爵士在19世纪中叶最先定义了绝对零度的概念,指出任何物质的温度都不可能低于这一温度极限,即绝对零度。后来,物理学家们意识到气体的绝对零度定义与其中所含有粒子的平均能量有关。绝对零度所对应的状态也就是粒子失去全部能量因而完全无法运动时的温度。当温度上升,气体粒子获得能量,于是其活动也逐渐加剧。
然而到了20世纪50年代,研究某些特殊性质物质的物理学家们逐渐意识到事情可能并不完全如此。乌尔·施耐德(Ulrich Schneider)是德国慕尼黑大学的一位物理学家,他表示:严格意义上说,当你查看一个系统的温度值时,你所查看的图标所标示出的是处于某一能量状态的粒子有可能被观察到的概率。
绝对零度
正常情况下大部分粒子的能量值都会处于或接近整体的平均位置附近,只有很小一部分粒子是例外。理论上来说,如果这一情形倒转,更多的粒子获得更高的能量而不是降低其能量,那么整个你所观察的温度计读数就必须跟着整个颠倒过来,而你所读出的温度值也应该从正数变成负数。
谷地和山巅
施耐德和他的同事们使用一种超冷却的量子态气体实现了低于绝对零度的创举,这些量子气体的主要成分是钾原子。借助激光和磁场,他们得以将单个的原子排布成栅格形状。当温度高于绝对零度时,原子之间相互排斥,从而确保持整个图案结构的稳定性。随后研究小组迅速调整其中的磁场,此时这些原子之间不再相互排斥而是相互吸引。
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