如何创建低于绝对零度的温度

时间:2018-01-20 06:01:20166网络整理admin

通过David Shiga绝对零听起来像一个无法超越的极限,超出这个极限是无法探索的实际上,有一个奇怪的负温度领域不仅存在于理论上,而且在实践中也被证明是可行的上周概述的一种改进的实现方式可以揭示新的物质状态温度定义为能量的添加或去除如何影响系统中的无序或熵的量对于处于熟悉的正温度的系统,增加能量会增加无序性:加热冰晶使其融化成更无序的液体继续消除能量,你将在绝对或开尔文尺度(-273.15°C)上越来越接近零,系统的能量和熵最小负温度系统具有相反的行为增加能量可减少他们的疾病但是传统意义上它们并不冷,热量会从正温度的系统流入它们实际上,绝对温度为负的系统在高能状态下包含的原子数多于即使在最热的正温度下也是如此,因此热量应始终从它们流到零开尔文以上的系统创建负温度系统以查看它们可能具有的其他“奇异世界”属性是棘手的当然不是通过将物体冷却到绝对零度来完成的然而,可以从正负绝对温度直接跳跃 “物体不能冷却到绝对零度,但你可以直接跳到负温度”这已经在原子核置于磁场中的实验中完成,在那里它们像微小的条形磁铁一样,并与领域然后该场突然反转,使原子核短暂地与它们具有最低能量的方向相反当他们处于这种状态时,他们稍纵即逝地表现出与绝对温度负相关的方式,然后他们又翻过来与场地对齐因为原子核只能在两种可能的状态之间翻转 - 平行于场或与场相反 - 这种设置只能提供有限的研究可能性 2005年,现在荷兰特温特大学的Allard Mosk设计了一个实验计划,该计划将提供更多的旋钮来探索负温度状态首先,激光用于将原子放入一个紧密的球中,这是一个高度有序或低熵的状态然后对其他激光进行训练以产生称为光学晶格的光矩阵,其利用一系列低能量“井”围绕原子球然后调整第一组激光,使它们试图将原子球分开这使原子处于不稳定的状态,好像它们在山峰上平衡,准备滚下山光学晶格就像沿着山腰的一系列裂缝一样,但却停止了它们的进展在这种状态下,去除一些原子的潜在能量,让它们相互滚动,会导致更大的无序 - 负温度系统的定义(见图) Mosk的想法现在由德国科隆大学的Achim Rosch及其同事完善他们提议的实验设置基本相同,但Rosch和他的团队的计算支持了它是可行的情况至关重要的是,他们还提出了一种测试实验会产生负温度的方法由于处于负温状态的原子具有相对较高的能量,因此当从晶格释放时它们应该比具有正温度的原子云移动得更快(Physical Review Letters,DOI:10.1103 / PhysRevLett.105.220405) “这项新工作表明,在实验室中以这种新方式实现负温度是切合实际的,”莫斯克说,他没有参与这项新研究 “我很高兴看到这一点”Rosch和他的同事是理论家,并不准备进行实验,但他们认为一组实验主义者可以在一年左右的时间内测试他们的提议使用激光和磁场的组合,可以使装置中的原子在一系列不同强度下彼此吸引或排斥 “人们可以利用它来探索和创造新的物质状态,并在我们不习惯的政权中与它们一起玩耍,”罗什说他说,这是一个未知的领域,它可能会有一些惊喜更多关于这些主题: