【科学突破】反重力是这样实现的
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寒塘d鹤影 楼主
《自然》杂志网站昨天刊出了一篇文章,标题是《Quantum gas goes below absolute zero》,直译过来就是——量子气体降至绝对零度以下。听起来不可思议,而且违背了常识是吧?所以,摘译一部分内容,看看到底是怎么回事吧~~
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物理学家首次创造出了温度低于绝对零度的原子气体,他们采用的技术打开了一扇大门,能够创造出负K材料,制造出全新的量子器件,甚至能够帮助我们破解宇宙谜题。
开尔文勋爵在19世纪初定义了绝对温标,在这种温标下,没有任何东西的温度能够低于绝对零度。物理学家后来意识到,气体的绝对温度与粒子的平均能量有关。绝对零度对应于粒子不携带任何能量这种理论状态,粒子的平均能量越高,对应的温度也就越高。
然而,在20世纪50年代,研究更奇异物理系统的物理学家开始意识到,这种情况并不总是对的:从理论上讲,你是从一张能量分布图上读取一个系统的温度,这张分布图上标明了你能在系统中找到拥有特定能量粒子的几率。通常情况下,大多数粒子的能量都在平均能量附近,只有少数粒子会拥有更高的能量。德国慕尼黑大学的物理学家Ulrich Schneider解释说,理论上,如果这种局面被逆转,也就是更多的粒子拥有较高的能量,而不是较低的能量,这张图就会反转,对应温度的符号也会从正的绝对温度变成负的绝对温度。
Schneider及其同事,利用由钾原子构成的超冷量子气体,把温度降到了这种“低于绝对零度”的状态。他们利用激光和磁场将一个个原子维持在某种网格分布的格点上。在正温度下,原子相互排斥,整个结构得以保持稳定。然而,研究小组迅速调整磁场,使原子变得彼此吸引而非相互排斥。“这使得那些原子在突然之间,在来不及做出反应之时,就从它们最稳定的、能量最低的状态,转变到了能量最高的状态,”Schneider说,“这就像是你正走在山谷底部,突然发现自己立于高山之巅。”
在正温度下,这样的反转会使系统失衡,原子会向内坍塌。但这个小组还调整了囚禁激光场,使得那些原子仍然固定在它们的位置上。结果就是,原子气体的温度从绝对零度以上,变到了绝对零度以下几亿分之一度。这一结果被发表在《科学》杂志上。
诺贝尔奖得主、美国麻省理工学院的物理学家Wolfgang Ketterle表示,这项最新研究堪称“实验绝技”,他此前曾在磁场系统中演示过负绝对温度。奇异的高能状态在正温度下很难在实验室中产生,在负绝对温度下却变得稳定了——用Ketterle的话说,“这就好像你可以让一座金字塔头朝下立起来,又不用担心它会翻倒”——因此这样的技术,让科学家可以细致地研究这些奇异的状态。Ketterle说,“这或许是在实验室里创造出全新物态的一种方法。”
德国科隆大学的理论物理学家Achim Rosch说,这样的系统一旦建成,就会表现出奇异的特性。比如,Rosch及其同事计算表明,尽管在通常情况下,这团原子云会被重力向下拉扯,但如果部分原子云处在负的绝对温度,一些原子就会向上移动,明显在藐视重力。
低于绝对零度的气体还有另一项怪癖:它们能够模仿“暗能量”,也就是对抗引力推动宇宙越膨胀越快的神秘力量。Schneider指出,他们在气体原子之间产生出来的吸引力也想让整个系统向内坍缩,但系统没有坍缩,因为负的绝对温度使它们稳定了下来。“这种奇怪的特性出现在宇宙之中,也出现在实验室里,这很有趣,”他说,“这或许是宇宙学家应该更仔细来审视一下的东西。”
2013年01月04日 12点01分 1
level 8
[顶]
2013年01月04日 12点01分 2
level 8
人类一思考,上帝在发笑!
2013年01月04日 12点01分 3
人类不用思考,吃喝拉撒就行了?
2013年01月05日 03点01分
@swat_cn 那上帝,看毛毛,生活就是喜剧片
2013年01月05日 08点01分
level 10
,,,
2013年01月04日 13点01分 4
level 14
2013年1月4日,爱你一生一世 这个独一无二的日子,你最想和谁度过呢 是父母 家人 朋友 还是你的他(她)?
2013年01月04日 13点01分 5
level 7
违反热力学第三定律。
2013年01月04日 14点01分 6
事实如此,不论什么理论都有被推翻的可能性。
2013年01月04日 14点01分
定律的最终结果就是用来打破的
2013年01月04日 15点01分
按照能量高低,温度为0——0+——+∞——-∞——0-,这个实验,实际上使气体从能量很低的0+得到了一个能量很高的0-状态,没有经过绝对零度,不违反决定零度
2013年01月04日 15点01分
回复 :这让我想起那幅,吞尾蛇的图。
2013年01月05日 01点01分
level 6
顶个
2013年01月04日 14点01分 7
level 1
负温度不违反热力学第三定律
2013年01月04日 15点01分 8
比如,-1℃么
(思考)
2013年01月04日 15点01分
回复 我的abc你好 :这说的温度不是我们平时说的那个........
2013年01月04日 15点01分
回复 ☆莎爱罗☆ :华氏-1度么
(思考)
2013年01月04日 15点01分
@无为道君 还是三个点好
2013年01月05日 02点01分
level 9
话说,你看懂了吗?反正我没看懂!!
2013年01月05日 01点01分 11
level 1
粒子的能量具有很多能级,其中存在基态和激发态.在特殊情况下(如粒子数反转),会存在激发态中的粒子数比基态粒子数更多的系统,这就是负温度系统.但是,在正温度时,温度越高,激发态的粒子数比基态的粒子数少,只有当温度趋于无穷大时,二者才相等,只有在温度高于无穷大时,激发态的粒子数才会多于基态的粒子数,才会出现负的绝对温度.负的绝对温度既然比无穷大温度还高,所以绝对零度仍是绝对温标的最低温度
2013年01月05日 02点01分 12
负的绝对温度无穷大温度还高?这是什么逻辑? 不懂
2013年01月05日 06点01分
@卷卷爱潜水 对于一般系统,位形不变时内能增加,则熵增加,但对于某些特殊系统,位形不变时内能增加熵反而减少
2013年01月05日 07点01分
level 12
然而,研究小组迅速调整磁场,使原子变得彼此吸引而非相互排斥。
使用电磁力,改变弱核力?本来应该转化成负的距离,但是距离被固定住了,所以转化成负的温度,使温度略低于绝对零度。这个理解应该没有问题吧?
在负的绝对零度之下,物理规则发生改变,原有的重力变成反重力,所以说,这种力量类似于暗能量,不同于相互吸引的力,变成了一种相互排斥的力。
这么想来,也许这试验打开了通向暗能力和暗物质的门,门后的世界更加吸引人!所以了,很有趣吧!
2013年01月05日 06点01分 13
这个过程中能量可能不守恒,因为重力场不再是保守场了,如果成立,永动机可以被造出来
2013年01月05日 06点01分
level 9
这种方法和手段很重要,许多伟大的发现由此而来
2013年01月05日 06点01分 14
level 12

2013年01月05日 06点01分 15
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