科学家造出低于绝对零度量子气体 能模拟暗能量.doc

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科学家造出低于绝对零度量子气体能模拟暗能量
中国科技网讯据《自然》杂志网站1月3日报道，德国物理学家用钾原子首次造出一种低于绝对零度的量子气体。科学家称这一成果为实验的绝技，为将来造出负温度物质、新型量子设备打开了大门，有助于揭开宇宙中的许多奥密。
18世纪中期，开尔文男爵威廉汤姆森定义了绝对温度，在此规定下没有物质的温度能低于绝对零度。气体的绝对温度与它所包含粒子的平均能量有关，温度越高，平均能量越高，而绝对零度是气体的所有粒子能量都为零的状态，这是一种理想的理论状态。到了上世纪50年代，物理学家在研究中遇到了更多反常的物质系统，发现这一理论并不完全正确。
慕尼黑路德维格马克西米利安大学物理学家乌尔里奇施奈德解释说，从技术上讲，人们能从一条温度曲线上读出一系列温度数，但这些数字表示的只是它所含的粒子处于某个能量状态的概率。通常，大部分粒子的能态处于平均或接近平均水平，只有少数粒子在更高能态上下。理论上，如果这种位置倒转，使多数粒子处于高能态而少数粒子在低能态，温度曲线也会反过来，温度将从正到负，低于绝对零度。2001年诺贝尔物理学奖获得者沃尔夫冈克特勒也曾证明，在磁场系统中存在负绝对温度。
施奈德和同事用钾原子超冷量子气体实现了这种负绝对零度。他们用激光和磁场将单个原子保持晶格排列。在正温度下，原子之间的斥力使晶格结构保持稳定。然后他们迅速改变磁场，使原子变成相互吸引而不是排斥。施奈德说：这种突然的转换，使原子还来不及反应，就从它们最稳定的状态，也就是最低能态突然跳到可能达到的最高能态。就像你正在过山谷，突然发现已在山峰。
在正温度下，这种逆转是不稳定的，原子会向内坍塌。他们也同时调整势阱激光场，增强能量将原子稳定在原位。这样一来，气体就实现了从高于绝对零度到低于绝对零度的转变，约在负十亿分之几开氏度。
克特勒现任美国麻省理工大学物理教授，他称此最新成果为一项实验的绝技。在实验室里，反常高能态在正温度下是很难产生的，而在负绝对温度下却会变得稳定就像你能把一个金字塔倒过来稳稳的放着，而不必担心它会倒。克特勒指出，该技术使人们能详细研究这些反常高能态，也可能成为创造新物质形式的一条途径。
德国科隆大学理论物理学家阿希姆罗施说，如果真能造出这些物质系统，它们会表现出奇特的行为。根据和他的同事计算，正常情况下原子云受重力影响会被向下拉，如果一部分云处于负绝对温度，某些原子就会向上运动，明显违背重力作用。
负绝对温度气体还能模拟暗能量。暗能量是推动宇宙加速膨胀、抵抗万有引力内向拉力的力量。施奈德指出，在他们生成的气体中，相互吸引的原子也有向内坍塌趋势，但负绝对温度却能遏制它们向内运动而保持稳定。这种宇宙中普遍存在的奇特现象如今也能在实验室看到，值得宇宙学家进一步研究。
中國科技網訊據《自然》雜志網站1月3日報道，德國物理學傢用鉀原子首次造出一種低於絕對零度的量子氣體。科學傢稱這一成果為實驗的絕技，為將來造出負溫度物質、新型量子設備打開瞭大門，有助於揭開宇宙中的許多奧密。
18世紀中期，開爾文男爵威廉湯姆森定義瞭絕對溫度，在此規定下沒有物質的溫度能低於絕對零度。氣體的絕對溫度與它所包含粒子的平均能量有關，溫度越高，平均能量越高，而絕對零度是氣體的所有粒子能量都為零的狀態，這是一種理想的理論狀態。到瞭上世紀50年代，物理學傢在研究中遇到瞭更多反常的物質系統，發現這一理論並不完全正確。
慕尼黑路德維格馬克西米利安大學物理學傢烏爾裡奇施奈德解釋說，從技術上講，人們能從一條溫度曲線上讀出一系列溫度數，但這些數字表示的隻是它所含的粒子處於某個能量狀態的概率。通常，大部分粒子的能態處於平均或接近平均水平，隻有少數粒子在更高能態上下。理論上，如果這種位置倒轉，使多數粒子處於高能態而少數粒子在低能態，溫度曲線也會反過來，溫度將從正到負，低於絕對零度。2001年諾貝爾物理學獎獲得者沃爾夫岡克特勒也曾證明，在磁場系統中存在負絕對溫度。
施奈德和同事用鉀原子超冷量子氣體實現瞭這種負絕對零度。他們用激光和磁場將單個原子保持晶格排列。在正溫度下，原子之間的斥力使晶格結構保持穩定。然後他們迅速改變磁場，使原子變成相互吸引而不是排斥。施奈德說：這種突然的轉換，使原子還來不及反應，就從它們最穩定的狀態，也就是最低能態突然跳到可能達到的最高能態。就像你正在過山谷，突然發現已在山峰。
在正溫度下，這種逆轉是不穩定的，原子會向內坍塌。他們也同時調整勢阱激光場，增強能量將原子穩定在原位。這樣一來，氣體就實現瞭從高於絕對零度到低於絕對零度的轉變，約在負十億分之幾開氏度。
克特勒現任美國麻省理工大學物理教授，他稱此最新成果為一項實驗的絕技。在實驗室裡，反常高能態在正溫度下是很難產生的，而在負絕對溫度下卻會變得穩定就像你能把一個金字塔倒過來穩穩的放著，而不必擔心它會倒。克特勒指出，該技術使人們能詳細研究這些反常高能態，也可能成為創造新物質形式的一條途徑。
德國科隆大學理論物理學傢阿希姆羅施說，如果真能造出這些物質系統，它們會表現出奇特的行為。根據和他的同事計算，正常情況下原子雲受重力影響會被向下拉，如果一部分雲處於負絕對溫度，某些原子就會向上運動，明顯違背重力作用。
負絕對溫度氣體還能模擬暗能量。暗能量是推動宇宙加速膨脹、抵抗萬有引力內向拉力的力量。施奈德指出，在他們生成的氣體中，相互吸引的原子也有向內坍塌趨勢，但負絕對溫度卻能遏制它們向內運動而保持穩定。這種宇宙中普遍存在的奇特現象如今也能在實驗室看到，值得宇宙學傢進一步研究。