超冷的原子“激光”

編輯: 逍遙路 關鍵詞: 初中物理 來源: 高中學習網

激光具有雙重“性格”:經實驗,或表現(xiàn)為電磁波,或表現(xiàn)為能量粒子。這就像在不同的生活環(huán)境中,一個男人或者被看作丈夫,或者被看作父親一樣。

光由粒子組成,但它像一切波現(xiàn)象那樣擁有頻率和波長(兩上相鄰波峰間的距離)。激光是相干的,因為它們是受激發(fā)射的電磁波,它們的電磁波的波峰與激發(fā)它們的光波相一致。這種現(xiàn)象就提供了獲得更大能量光束的可能性。

但光并不是自然界唯一的、可以夸耀自己有雙重性格的東西。原子,也就是物質化學變化中的最小微粒也具有同樣的雙重性格。如果延伸我們感官認知的物質世界而深入到原子世界,那么規(guī)律就改變了,傳統(tǒng)的物理學就讓位給了量子力學。1977年,麻省理工學院沃爾夫岡?凱特勒領導的實驗小組證實了愛因斯坦和他的印度同事玻色于1924年提出的理論假設:在合適的條伯下,可使一群原子表現(xiàn)得像一個原子那要,只有一個波長和一個頻率。

這個被稱為“玻色──愛因斯坦凝聚”的超級原子是通過磁場誘捕一些鈉原子而得到的,并使鈉原子的溫度達到百萬分之幾絕對溫度(絕對零度為-273.15℃)形成這種狀態(tài)之后,通過磁場所干擾,使一些原子逃走,剩下冷凝的原子獲得完全“同步”的原子的狀態(tài),它們的波峰完全一致,并一個一個地列隊行進發(fā)射。這樣就制成了一個“原子激光”,這是一個有些難以理解的概念,但可用一個比較把它簡明化:即普通物質(現(xiàn)實世界的任何一種物質)和這種原子激光之間的區(qū)別如同燈光的光(完全無秩序和能量很小的光)和傳統(tǒng)激光裝置發(fā)射的光(正是由于電磁波的同步必使光極強)之間的區(qū)別。原子激光目前還沒有在工業(yè)上應用,但研究人員預計,原子激光首先將應用于測量變化和制造納米技術的新儀器。

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印度──德國的合作:

上圖是愛因斯坦(1879~1955)、印度人玻色(1894~1974)。這兩位偉大的物理學家提出了“超冷凝”理論。1924年,玻色決定就他所寫的《普朗克定律和光量子假說》一書征求愛因斯坦的意見,愛因斯坦看后十分滿意并立刻為德國同事們翻譯出來。坡色對“超冷凝”理論的最初創(chuàng)立和愛因斯坦的隨后加工,使這理論得以完善。相隔半個世紀之后的1977年,這一理論終于被實驗所證明。


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