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科学家使原子气体处于“负温度”状态   

2014-09-10 00:02:27|  分类: 科技新知 |  标签: |举报 |字号 订阅

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物理学家在实验室中成功实现了“负温度”状态的原子气体。所谓的“负温度”是正温度的反面,在负温度下处于高能级状态的原子数量要大于处于低能级状态原子的数量。


科学探索

 
科学家使原子气体处于“负温度”状态
 

某一系统中,当处于高能级原子的数量大于处于低能级原子数量的时候,我们就定义该系统处于负温度状态。

 

  据国外媒体报道,物理学家在实验室中成功实现了“负温度”(negative temperature)状态的原子气体。

  通常情况下,在正温度范围内,处于低能级的原子数量要大于处于高能级的原子数量,这种分布模式在物理中被称为“玻尔兹曼分布”(Boltzmann distribution)。当物体被加热的时候,构成它们的原子吸收了能量之后,会跃迁到更高的能级当中去。

  所谓的“负温度”是正温度的反面,在负温度下处于高能级状态的原子数量要大于处于低能级状态原子的数量。

  德国慕尼黑大学的物理学家乌尔·施耐德(Ulrich Schneider)说:“反玻尔兹曼分布是物体处于负温度状态的标志,这正是我们现在所实现的。处于负温度状态气体的温度实际上并没有低于绝对零度!恰恰相反,而是更热。从理论上来讲,甚至比任何正温度状态还要热。按照定义,温度在无限高处跃迁到负温度区间。”

  正如我们希望的那样,处于负温度状态的物体有着非常奇怪的性质。例如,通常情况下,热量都是从高温物体流向低温物体(高温的物体冷却,低温的物体加热),直到温度相等为止。然而,当热量从负温度物体流向正温度物体时,永远不会到达热平衡状态。

  负温度的另一个奇特性质与熵(entropy)有关,熵是对一个物理系统有序性的度量。当物体释放热量的时,就会增加周围环境的熵值,使它们变得更混乱。然而,当处于负温度的物体释放热量的时候,它可以吸收周围环境的熵,使之变得更有序。

来源:腾讯科学

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