量子凝聚的定义是什么,玻色爱因斯坦凝聚态指的是什么?

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玻色爱因斯坦凝聚态指的是什么?

玻色-爱因斯坦凝聚态是一种物质状态,其中分离的原子或亚原子粒子冷却至接近绝对零(0 K,-273.15°C或-459.67°F; K =开尔文),聚结为单个量子实体-即可以用波函数描述的实体- 接近宏观。1924年,阿尔伯特·爱因斯坦根据印度物理学家Satyendra Nath Bose的量子公式预测了这种物质。

什么是凝聚态拓扑?

在凝聚态物理中的拓扑概念已经得到了很大的发展和应用。拓扑绝缘体、拓扑半金属的发现和研究使物理学家更清楚地认识到了物质的量子性质以及量子材料的分类。

凝聚态,指的是由大量粒子组成,并且粒子间有很强的相互作用的系统。自然界中存在着各种各样的凝聚态物质。固态和液态是最常见的凝聚态。低温下的超流态,超导态,玻色-爱因斯坦凝聚态,磁介质中的铁磁态,反铁磁态等,也都是凝聚态。

量子物理都包含什么?

量子力学提供了一种定量的物质理论。现在,我们原则上可以理解原子结构的每一个细节;周期表也能简单自然地加以解释;巨额的光谱排列也纳入了一个优雅的理论框架。量子力学为定量的理解分子,流体和固体,导体和半导体提供了便利。它能解释诸如超流体和超导体等怪异现象,能解释诸如中子星和玻色-爱因斯坦凝聚(在这种现象里气体中所有原子的行为象一个单一的超大原子)等奇异的物质聚集形式。量子力学为所有的科学分支和每一项高技术提供了关键的工具。

量子物理实际上包含两个方面。一个是原子层次的物质理论:量子力学;正是它我们才能理解和操纵物质世界。另一个是量子场论,它在科学中起到一个完全不同的作用,稍后我们再回到它上面来。

量子概念是1900年普朗克首先提出的,到今天已经一百多年了。期间,经过玻尔、德布罗意、玻恩、海森柏、薛定谔、狄拉克、爱因斯坦等许多物理大师的创新努力,到20世纪30年代,初步建立了一套完整的量子力学理论。 我们把 科学家们在研究原子、分子、原子核、基本粒子时所观察到的关于微观世界的系列特殊的物理现象称为量子现象。   量子世界除了其线度极其微小之外(10^-10~10^-15m量级),另一个主要特征是它们所涉及的许多宏观世界所对应的物理量往往不能取连续变化的值,(如:坐标、动量、能量、角动量、自旋),甚至取值不确定。许多实验事实表明,量子世界满足的物理规律不再是经典的牛顿力学,而是量子物理学。量子物理学是当今人们研究微观世界的理论,也有人称为研究量子现象的物理学。

超导材料违背热力学第二定律吗?

肯定没有。目前尚未发现违反热力学第二定律的现象。

根据热力学第二定律,对于一个孤立系统,体系的熵是恒增加的,也就是说封闭系统的状态数总是在增加,趋于无序状态。当一个系统的热力学参量发生突变的时候,物理上往往就称其发生了热力学“相变”,系统从一个状态相转化成了另一个状态相,例如水变冰或水变成水蒸气,都是相变。根据相变有无潜热,可以把相变划分为一级相变和二级相变等,一级相变过程会伴随热量的变化,二级相变是连续相变,并不会有相变潜热。

超导现象发生后,材料的电阻突降为零,体内磁感应强度也变为零。在热力学上,超导也是一种热力学相变。在零场下,超导相变是二级热力学相变,在有场情况下,超导相变是一级相变。因此,在零场下测量超导体比热(热量的导数)会发现超导现象的出现,伴随着比热的跃变发生——超导态的比热会突然增加。而且,这个比热跃变来源于材料内部的电子体系,即电子的比热发生了跃变,并非材料的晶体结构和晶格比热发生突变。因此,超导现象的发生实际上是材料内部电子体系的一种相变过程。

将正常态和超导态下的比热/温度值对温度进行积分,就可以得到系统熵对温度的依赖关系。超导态的熵要低于正常态,且越到低温差距越大。也就是说,超导相变是电子体系熵减小的过程,电子系统从相对无序态进入到了有序态。超导态对应系统的自由能减少,即超导态是材料中电子体系的一种低能凝聚现象,超导态又被称为一种“宏观量子凝聚态”。从这一点来看,似乎超导相变后熵减小了,有违热力学第二定律。其实,这只是针对电子体系而言的。超导相变最重要的特点就在于,单靠电子体系自身,并不能形成超导态,否则例如二维自由电子气也能超导了。对于传统金属超导体而言,电子要实现超导,还需要借助原子晶格,即交换原子晶格振动的能量量子——声子来实现弱吸引相互作用,形成库伯电子对。恰恰是因为这一点,超导微观理论BCS理论中的超导波函数乍一看是粒子数不守恒的,把它看做“孤立系统”显然是错误的。因此,考虑到原子晶格和环境(降温)的因素,超导相变并没有违背热力学第二定律。

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