物質(zhì)的六種狀態(tài).ppt

1、物質(zhì)六態(tài),常見而又稀少的液固氣三態(tài) 陌生而又廣泛存在的等離子態(tài) 物質(zhì)第五態(tài)：超級(jí)大原子 神奇第六態(tài) ：費(fèi)米子凝聚態(tài),常見而又稀少的液固氣三態(tài),石頭、鐵塊等物體既堅(jiān)硬又不易揮發(fā)，這就是作為固體物質(zhì)的基本特性之一。我們?nèi)祟惥幼≡谝粋€(gè)絕大部分由這些固態(tài)物質(zhì)組成的天地里。當(dāng)然，我們一樣離不開水和空氣，它們分別屬于液態(tài)和氣態(tài)物質(zhì)中的一類，相比較而言，這些柔軟而易揮發(fā)的物質(zhì)在我們生存的環(huán)境中占據(jù)的比例更大，對(duì)我們生活的影響其實(shí)也更大：在科幻故事中，人類依然可以生活在未來(lái)水世界上，卻無(wú)法生活在全部由巖石構(gòu)成的世界之中。物質(zhì)的三態(tài)之間的轉(zhuǎn)換很早就被人類認(rèn)識(shí)到了，它們是不同溫度下的狀態(tài)，由所謂的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)決定各

2、自產(chǎn)生轉(zhuǎn)換的溫度。 地球上司空見慣的物質(zhì)三態(tài)固態(tài) 、液態(tài)、氣態(tài)，在宇宙中卻極為罕見，物質(zhì)第四態(tài)等離子態(tài)，才是宇宙中極多的狀態(tài)。,陌生而又廣泛存在的等離子態(tài),早在2000多年前亞里士多德就發(fā)現(xiàn)世界的組成除了液固氣三態(tài)以外還包括火，但他也不清楚火究竟是一種什么物質(zhì)？其實(shí)這就是物質(zhì)的第四種狀態(tài)等離子體的一種表現(xiàn)形式。 等離子體又叫做電漿，是由部分電子被剝奪后的原子及原子被電離后產(chǎn)生的正負(fù)電子組成的離子化氣體狀物質(zhì)，它廣泛存在于宇宙中。等離子體是一種很好的導(dǎo)電體，利用經(jīng)過巧妙設(shè)計(jì)的磁場(chǎng)可以捕捉、移動(dòng)和加速等離子體。等離子物理的發(fā)展為材料、能源、信息、環(huán)境空間，空間物理，地球物理等科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展提新的

3、技術(shù)和工藝。 常見等離子體：火焰、閃電、焊接電弧、絢爛壯麗極光等都是等離子體作用的結(jié)果。對(duì)于整個(gè)宇宙來(lái)講，幾乎999以上的物質(zhì)都是以等離子體態(tài)存在的，如恒星和行星際空間等都是由等離子體組成的。,等離子體可分為兩種：高溫和低溫等離子體?，F(xiàn)在低溫等離子體廣泛運(yùn)用于多種 生產(chǎn)領(lǐng)域。例如：等離子電視，嬰兒尿布表面防水涂層，增加啤酒瓶阻隔性。更重要的是在電腦芯片中的蝕刻運(yùn)用，讓網(wǎng)絡(luò)時(shí)代成為現(xiàn)實(shí)。 還可以被用于氧化、變性等表面處理或者在有機(jī)物和無(wú)機(jī)物上進(jìn)行沉淀涂層處理。 高溫等離子體研究應(yīng)用對(duì)核聚變的控制和和平應(yīng)用具有重大意義?？臻g等離子體研究也是高溫等離子體研究的一個(gè)重要部分。宇宙中99%以上的物質(zhì)均是

4、等離子體，而我們的太陽(yáng)也就是一團(tuán)巨大的等離子體，因此空間等離子體研究在宇航時(shí)代具有極其重要的作用。,超級(jí)大原子物質(zhì)第五態(tài),Bose-Einstein condensation (BEC) 玻色-愛因斯坦凝聚(BEC)是科學(xué)巨匠愛因斯坦在80年前預(yù)言的一種新物態(tài)。這里的“凝聚” 與日常生活中的凝聚不同，它表示原來(lái)不同狀態(tài)的原子突然“凝聚”到同一狀態(tài)(一般是基態(tài))。即處于不同狀態(tài)的原子“凝聚”到了同一種狀態(tài)。形象地說，這就像讓無(wú)數(shù)原子“齊聲歌唱”，其行為就好像一個(gè)玻色子的放大，可以想象著給我們理解微觀世界帶來(lái)了什么。這一物質(zhì)形態(tài)具有的奇特性質(zhì)，在芯片技術(shù)、精密測(cè)量和納米技術(shù)等領(lǐng)域都有美好的應(yīng)用前景

5、。現(xiàn)在全世界已經(jīng)有數(shù)十個(gè)室驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了8種元素的BEC。主要是堿金屬，還有氦原子和鈣等。,我們知道原子氣體在低溫時(shí)容易形成液體，利用堿性原子銣87Rb 和鈉23Na可以避免液體的形成。兩種原子都具有整數(shù)的自旋量子數(shù)和弱的排斥力，實(shí)驗(yàn)中原子的速度只有幾個(gè)毫米/秒，這對(duì)應(yīng)的溫度為100 nK（1 nK =10的-9次方K）。這極低的溫度是用激光冷卻的辦法（1997年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)成果）來(lái)達(dá)到的。其基本原理是通過原子與光子的動(dòng)量交換來(lái)達(dá)到冷卻原子的目的，冷卻后的原子由磁場(chǎng)與激光組成的磁-光囚禁阱囚禁，然后在囚禁阱中繼續(xù)用蒸發(fā)冷卻的辦法達(dá)到所需要的溫度，即把熱的原子蒸發(fā)掉。在囚禁阱的邊緣部分，磁場(chǎng)很強(qiáng)

6、，控制原子磁極的射頻場(chǎng)的頻率很高，通過逐漸的降低頻率可以把溫度高的原子排出阱外，從而達(dá)到冷卻的目的。道理就象茶在茶杯中變涼一樣。,這些原子組成的集體步調(diào)非常一致，因此內(nèi)部沒有任何阻力。激光就是光子的玻愛凝 聚，在一束細(xì)小的激光里擁擠著非常多的顏色和方向一致的光子流。超導(dǎo)和超流也都是玻 愛凝聚的結(jié)果。 玻愛凝聚態(tài)的凝聚效應(yīng)可以形成一束沿一定方向傳播的宏觀電子對(duì)波，這種波帶電， 傳播中形成一束宏觀電流而無(wú)需電壓。 原子凝聚體中的原子幾乎不動(dòng)，可以用來(lái)設(shè)計(jì)精確度更高的原子鐘，以應(yīng)用于太空航 行和精確定位等。 玻愛凝聚態(tài)的原子物質(zhì)表現(xiàn)出了光子一樣的特性正是利用這種特性，前年哈佛大學(xué)的 兩個(gè)研究小組用玻

7、色-愛因斯坦凝聚體使光的速度降為零，將光儲(chǔ)存了起來(lái)。 玻愛凝聚態(tài)的研究也可以延伸到其他領(lǐng)域，例如，利用磁場(chǎng)調(diào)控原子之間的相互作用 ，可以在物質(zhì)第五態(tài)中產(chǎn)生類似于超新星爆發(fā)的現(xiàn)象，甚至還可以用玻色-愛因斯坦凝聚體 來(lái)模擬黑洞。,神奇第六態(tài) ：費(fèi)米子凝聚態(tài),量子力學(xué)認(rèn)為，粒子按其在高密度或低溫度時(shí)集體行為可以分成兩大類：一類是費(fèi)米子，得名于意大利物理學(xué)家費(fèi)米；另一類是玻色子，得名于印度物理學(xué)家玻色。這兩類粒子特性的區(qū)別，在極低溫時(shí)表現(xiàn)得最為明顯：玻色子全部聚集在同一量子態(tài)上，費(fèi)米子則與之相反，更像是“個(gè)人主義者”，各自占據(jù)著不同的量子態(tài)?！安Ｉ粣垡蛩固鼓蹜B(tài)”物質(zhì)由玻色子構(gòu)成，其行為像一個(gè)大超級(jí)

8、原子，而“費(fèi)米子凝聚態(tài)”物質(zhì)采用的是費(fèi)米子。當(dāng)物質(zhì)冷卻時(shí)，費(fèi)米子逐漸占據(jù)最低能態(tài)，但它們處在不同的能態(tài)上，就像人群涌向一段狹窄的樓梯，這種狀態(tài)稱作“費(fèi)米子凝聚態(tài)”。,費(fèi)米冷凝體與超導(dǎo)體的區(qū)別,費(fèi)米冷凝體難以得到的矛盾的解決首先來(lái)自超導(dǎo)現(xiàn)象的啟發(fā)，但是，它跟超導(dǎo)體是有區(qū)別的。首先，費(fèi)米冷凝體所使用的原子比電子重得多，其次是原子對(duì)之間吸引力比超導(dǎo)體中庫(kù)伯電子對(duì)的吸引力強(qiáng)得多，在同等密度下，如果使超導(dǎo)體電子對(duì)的吸引力達(dá)到費(fèi)米體中原子對(duì)的程度，制造出常溫下的超導(dǎo)體立即可以實(shí)現(xiàn)。超冷氣體中形成費(fèi)米體為研究超導(dǎo)的機(jī)理提供了一個(gè)嶄新的物質(zhì)工具。當(dāng)然，現(xiàn)在的技術(shù)并不能使所有費(fèi)米子都可以發(fā)生費(fèi)米冷凝，而且所獲得的冷凝體還相當(dāng)脆弱比玻璃還要脆！,第六態(tài)催生下一代超導(dǎo)體,這項(xiàng)成果在超導(dǎo)