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科学家造出低于绝对零度的量子气体

zj2635

2013/01/06

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。（常丽君）

《科技日报》（2013-01-05 二版）

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zj2635

第1楼2013/01/06

如果这项技术能够普遍推广，人类在许多理论问题上将会实现突破，这项技术确实令人期待！

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chrisneil

第2楼2013/01/06

科技进步，学了十几年，都落伍了。。。

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zj2635

第3楼2013/01/06

知识爆炸的年代，停止学习就赶不上趟了。
chrisneil(chrisneil) 发表:科技进步，学了十几年，都落伍了。。。

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atlas

第4楼2013/01/07

三天不学习，赶不上新科技
zj2635(zj2635) 发表:知识爆炸的年代，停止学习就赶不上趟了。

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沧海青城

第5楼2013/01/18

应助达人

感觉像是在听天书，但是很合理，学习了

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zj2635

第6楼2013/01/19

这项研究成果的实际意义是加深了我们对于温度这一物理量的认识。
沧海青城(lgt228) 发表:感觉像是在听天书，但是很合理，学习了

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沧海青城

第7楼2013/01/19

应助达人

嗯，毕竟平常接触的就是以水成冰的临界为0度
zj2635(zj2635) 发表:这项研究成果的实际意义是加深了我们对于温度这一物理量的认识。

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zj2635

第8楼2013/01/20

这是摄氏零度，实际上在绝对温度计量中它是273度。
沧海青城(lgt228) 发表:嗯，毕竟平常接触的就是以水成冰的临界为0度

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沧海青城

第9楼2013/01/20

应助达人

有点好奇的问下，绝对零度是否还有生物活动呢
zj2635(zj2635) 发表:这是摄氏零度，实际上在绝对温度计量中它是273度。

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zj2635

第10楼2013/01/20

过去认为在绝对零度的条件下，能量也没有了，所以，生物是不可能生存的。
沧海青城(lgt228) 发表:有点好奇的问下，绝对零度是否还有生物活动呢

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