超流体与玻色-爱因斯坦凝聚
玻色-爱因斯坦凝聚现象
/ BOZE EYE-styne kon-den-SAY-shun /
想想“一样东西”和“变成那样东西的过程”之间的区别——一片雪花,和水结成它的那一刻。玻色-爱因斯坦凝聚现象说的就是那个过程,那个骤然发生的事件:一团冷的玻色子气体忽然倾覆,把自己倒进同一个共享的量子态,从而生成凝聚体。
它之所以发生,关乎量子粒子在变冷时如何“摊开”。每个原子都有一个模糊的量子尺寸,温度越低,这尺寸越大。当气体冷到、密到这些模糊的尺寸开始彼此交叠、相互触碰时,玻色子之间就再也分不出你我,于是骤然变得极其有利:宏观数量的它们会一齐占据那个能量最低的能级。这个临界点是一次货真价实的相变,与结冰或沸腾一样真切。
这一现象之所以重要,是因为它是超流、某些激光,以及检验量子理论的超冷原子实验背后的根本机制。人们常常错过的微妙之处在于:这些原子并不是被什么力推到一起的——凝聚纯粹由量子统计驱动,源自“全同玻色子乐于共享一个态”这个事实,而非粒子间的吸引。
随着被囚困的玻色子气体被冷却,越过临界温度之前几乎什么都不发生——可一旦越过,在毫厘之差的温度内,极大一份的原子便如瀑布般倾入基态,就像过冷的云团在某个临界点上忽然化作一场雨。
凝聚是一桩临界事件:什么都没有、什么都没有,然后骤然出现一个共享的态。
尽管“凝聚”是个日常词,这里并不会形成液滴——原子是在量子态那个抽象空间里凝聚,而非在普通空间里,所以气体可以一边仍是稀薄气体,一边却已成为凝聚体。
又称
另见