遲到的科普:玻色愛因斯坦凝聚

  大家好,我是冷言。

  昨天剛剛說完遲到的科普這個系列應該做完了,今天冷言就打臉了。本來今天早上起來,本來想著講解一下霍金先生的《時間簡史》,但是突然有一個朋友告訴冷言之前再講玻色子和費米子的時候說過,要在講一下玻色愛因斯坦凝聚然後就沒有然後了,所以冷言今天再填以前的坑講一下玻色愛因斯坦凝聚是怎麼一回事。

  在講玻色愛因斯坦凝聚之前,我們還是先回顧一下什麼是玻色子什麼是費米子。(今天主要講的是玻色愛因斯坦凝聚,所以玻色子和費米子就不做詳細介紹做個比喻就行了。)費米子可以理解為獨居動物,一個能層裡只能有一個費米子,而玻色子可以理解為群居動物,一個能層裡面可以無限的堆積玻色子。

  玻色愛因斯坦凝聚講的是在一定溫度下玻色子會凝聚。

遲到的科普:玻色愛因斯坦凝聚

  講玻色愛因斯坦凝聚之前必須講一下,能量量子化這個概念,傳統理論認為能量是連續的。也就是說無論我們把能量分很多細哪怕是0.0000000000000000000001焦耳,能量是依然存在,但普朗克提出能量量子化理論,讓人們知道能量是非連續性的。(能量的最小單位就是普朗克常量數值的能量)知道了能量不是連續的,科學家經過研究得出了能層這個理論。能層解釋起來比較麻煩,冷言在講塞曼效應的時候講到過能層,可以回去看看,這裡的能層直接視為能量的劃分指標。比如說我的能量是一個量子,那麼我在第一能層。我的能量是十個量子我就在別的能層。(不想多解釋了再解釋會很麻煩,能量不同會被分在不同的能層,每個能層有自己的區間。)

遲到的科普:玻色愛因斯坦凝聚

  判斷一個微觀粒子在哪個能層主要是看它的能量。而在沒有外力附加能量的情況下,一個微觀粒子的主要能量來源於它的動能。以前在講溫度的時候冷言說過微觀粒子的運動速度決定了溫度的大小。換句話說就是溫度高的時候,微觀粒子的運動速度是很大的,這也就意味著它的動能很大。

  理解上述理論我們就來說說為什麼溫度夠低的情況下玻色子會產生凝聚。假設第一能層的區間是一個能量子得到五個能量子,那麼能量小於五個能量子的玻色子都會停留在第一能層。如果溫度夠低的話玻色子的運動速度就會很低,它們就很難跨越第一能層,從而聚集在第一能層形成凝聚。這種凝聚我們稱之為玻色愛因斯坦凝聚!

  最後總結一下:玻色子是群居動物如果能量低會被卡在同一個能層,溫度的大小反映了玻色子的能量,所以溫度夠低的話玻色子會被全部卡在最低能級,這種現象被稱之為玻色愛因斯坦凝聚。

遲到的科普:玻色愛因斯坦凝聚

  實話說對於玻色愛因斯坦凝聚冷言真的很難找到例子來說明它,這也可能是冷言會把這期忘記的原因之一。冷言已經不記得自己在科普領域還欠著哪篇文章瞭如果哪位朋友知道冷言欠著哪篇文章歡迎私信冷言,冷言會第一時間把那個物理定律或者說物理現象講解一遍。

  玻色愛因斯坦凝聚的提出其實有一個小插曲。最早玻色提出這個理論的時候並不怎麼被看好,寫信給愛因斯坦得到了愛因斯坦的支持,這個理論才得以延續。

  對於這種狀況大家有何看法?歡迎在評論區留言。

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