Что такое конденсат Бозе-Эйнштейна?

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Начать стоит с того, как ведут себя атомы в пространстве и даже во времени. Частицы всегда находятся в непрерывном тепловом движении. Пока у частиц есть тепловая энергия, они будут перемещаться и двигаться. Ну, а пока частицы двигаются, всегда будут какие-то пульсации, перемещения и любые перемещения. Даже в абсолютном вакууме, где нет как таковых материальных частиц, нам стоит ожидать увидеть какие-то флуктуации поля и много чего еще интересного.

Что-то среднее между газом и желе
Что-то среднее между газом и желе
Автор: Chat GPT 4.0 Источник: chatgpt.com

Обычно читателя очень сильно удивляет, что если мы посмотрим, допустим, на металлический образец, который является твёрдым в данный момент времени, там тоже есть движение и тоже есть жизнь. На самом деле всегда это муравейник из атомов и из более мелких субатомных частиц.

Движения оказывают разные «гадкие» влияния. Почему у нас с вами, например, есть проблемы с разработкой и созданием квантового компьютера, который будет способен работать дома при обычных условиях? Дело в том, что квантовые явления не работают в макромире. Им мешают так называемые макрофакторы. Самый главный из них — тепловое движение. Пока тепловое движение есть, наблюдать, например, квантовую запутанность будет как минимум очень сложно. Если у нас с вами нарушается температурный режим, то неизбежно рассыпаются и различные квантовые зависимости.

Именно поэтому, если вы посмотрите на конструкцию квантового компьютера, то увидите, что это всегда процессор 10 на 15 сантиметров и модуль охлаждения, размером с дачный домик.

Было предположено, что систему частиц можно охладить до около нулевых температур. Мы говорим не про ноль по шкале Цельсия, а про абсолютный ноль по шкале Кельвина. Я напомню, что достичь абсолютного нуля невозможно в текущих реалиях и об этом тоже была моя заметка на ixbt.

Предполагалось, что в какой-то момент сильно охлаждённая группа частичек может начать себя вести как одна большая частица. Квантовые эффекты частиц войдут в некоторое взаимодействие и мы увидим, например, квантовую запутанность на уровне макроскопических тел. Впрочем, интересно даже само странное состояние материи, которое соответствует математическому предсказанию.

Это странное поведение системы настолько интересное, что некоторые учёные обозначают конденсат Бозе- Эйнштейна как пятое агрегатное состояние вещества. Хотя на самом деле, если считать агрегатное состояние вещества, то там не только 5, а все 25.

Полезно отметить, что причина базе конденсации — это не взаимодействие между частицами, а свойство симметрии волновой функции, описывающей систему частиц. И это логично следует из того, что сам по себе конденсат Бозе- Эйнштейна — это состояние, которое было предсказано математически. Сначала получили некоторую математическую выкладку, которая описывала специфическое поведение волновой функции, предполагающее, собственно говоря, такое строение системы (на модели было видно максимумы и минимумы, при этом максимумы выстраивались в ровную линию, что демонстрировало синхронность системы), а только потом смогли воссоздать это состояние на практике. Конечно хочется здесь свести все к простому пониманию, что частицы просто перестали двигаться или практически перестали двигаться, но на самом деле явление куда более интересное и куда более глубокое.

Простым охлаждением в холодильнике, как вы, наверное, догадываетесь, получить конденсат Бозе-Эйнштейна невозможно. Это делается посредством лазерного охлаждения. Мы можем взять атомы рубидия, воздействовать на них определенным образом и получить систему, в которой у атомов практически не будет тепловой энергии.

Получается, что если нам удастся успокоить «муравейник» из частиц, то мы будем наблюдать интересные проявления разных свойств. Как нам его успокоить? Конечно же, лишить частиц тепловой энергии. Конденсат Бозе-Эйнштейна — это и есть система, которая получена из частиц, лишённых тепловой энергии. Если отняли тепловую энергию, всё практически замирает, а система становится чем-то напоминающим новое агрегатное состояние вещества с особенными свойствами.

Изображение в превью:
Автор: Chat GPT 4.0
Источник: chatgpt.com
Автор не входит в состав редакции iXBT.com (подробнее »)
Об авторе
Изучаю физику и стараюсь познать устройство мира с её помощью. Делюсь наработками и открытиями с вами. Кандидат наук, научный сотрудник и когда-то преподаватель. Автор научных статей в рецензируемых журналах. Рассказываю интересное про популярную науку и физику на YouTube, заходите в гости! Читайте мои статьи на этой страничке ixbt и в Telegram-канале!

4 комментария

Добавить комментарий

M
Там фишка в соотношении неопределенностей Гейзенберга. Охладить что то до абсолютного 0 — это примерно то же самое, что точно знать энергию и импульс. При этом возрастает неопределенность координат и времени. Мы как бы размазываем вещество по пространству и времени. Оно становится менее локализованным и начинает вести себя как единое целое. Все частицы как бы есть везде вне зависимости от того, где мы их будем искать. Плюс с уменьшением энергии и импульса кванты уменьшаются, что придает веществу более непрерывные свойства. Даже есть такая теория, что поле Хиггса состоит из бесконечно большого числа бозонов Хиггса, которые как бы есть везде одновременно и постоянно взаимодействуют с веществом, создавая его массу.
m
и тоже есть жизнь
Эмм… Сильно большое допущение. Скорее даже ошибочное.
V
Почему? В твёрдых веществах атомы тоже колеблются. Пусть не так как в жидкостях и газах, но всё же не обездвижены. Полное замирание будет при абсолютном нуле.
a
И из-за принципа неопределенности получается, что полного замирания быть не может. Занятно, что недостижимость абсолютного нуля показывается и чисто классической термодинамикой.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Что, если мы уже поймали сигналы инопланетян, но приняли их за пульсары? Вычислить их поможет алгоритм общения светлячков

Программы поиска внеземных цивилизаций (SETI) с момента своего появления в середине XX века опирались на представления о технологиях, которыми в тот момент обладало само человечество....

Почему компьютерные колонки трещали за секунду до звонка мобильного телефона

Телефон лежит на столе возле компьютера. В колонках неожиданно раздаётся знакомое «ты-ды-дыы, ты-ды-дыы». Через мгновение загорается экран и начинает играть мелодия вызова. Можно заранее потянуться...

Почему домашний йогурт готовится проще, чем кажется на самом деле

Если вы думаете, что приготовление домашнего йогурта — это сложно, дорого и требует каких-то особых кулинарных навыков, то спешу вас разубедить. На самом деле все гораздо проще. Вам не...

Почему механические клавиатуры — это прошлый век и за каким форматом будущее

Еще несколько лет назад механическая клавиатура считалась практически обязательным атрибутом игрового компьютера. Разнообразие переключателей, приятный звук нажатий, возможность подобрать усилие и...

Почему нельзя оставлять зарядное устройство от смартфона в розетке: скрытые риски, о которых многие забывают

Зарядка смартфона давно стала привычной частью домашнего быта. Телефон поставили на ночь, утром отключили кабель, а сам адаптер так и остался в розетке. Через несколько часов к нему снова подключат...

Почему у старых телефонов на спинке был ещё один разъём и как он выручал в начале 2000-х

В моей небольшой коллекции телефонов есть несколько экземпляров из первой половины 2000-х. Парочка из них (Siemens C72 и Alcatel One Touch 331) оснащена загадочным разъёмом, который располагается...