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愛因斯坦證明引力波用了什麼方法

生活更新时间:2025-05-17 11:00:45

物理學家剛剛進行了一次奇怪的粒子實驗，僅僅七個光子組成的粒子行為同數十億的粒子群體的行為非常相似。

物質在更大的尺度上的變化,稱為相變, 例如水變成了固體冰或蒸汽。科學家們過去在大量的分子中觀察到這樣的行為, 但從未在如此小的集群裡發現。

愛因斯坦證明引力波用了什麼方法（實驗發現最少7個光子就可以産生玻色-愛因斯坦凝聚态）1

在9月10日發表在《自然》雜志上的一項新研究中, 研究人員在由七個光子組成的系統中觀察到相變。這是一種被稱為玻色-愛因斯坦凝聚态（BEC）的奇異物理狀态。這是物質在超低溫條件下所能達到的物理狀态，在這種狀态下，粒子開始混合在一起，并一緻地行動，呈現出氣态的，超流性的物質狀态。

因為光子是一束光，它們是由能量構成的，它們經曆相變過程這個想法真的很奇怪。但早在2010年，一組德國研究人員發現，光粒子可以被誘導成如同上文提到的BEC的物理行為，就像它們的物質粒子一樣。

為了捕獲光子，這些研究人員建造了一個小的鏡面室，并用彩色燃料填充。當光粒子撞到染料顆粒時，染料粒子就會吸收光粒子并重新發射，所以光子需要更長的時間才能穿過腔室，這樣研究人員有效地減慢了它們的速度。

愛因斯坦證明引力波用了什麼方法（實驗發現最少7個光子就可以産生玻色-愛因斯坦凝聚态）2

當光子撞擊房間的鏡像牆時，光子會在不被吸收或逃避的情況下彈開。所以這個房間實際上是一個有效的空間，研究人員可以讓光子變得遲緩，把它們放在近距離處觀察。在這種情況下，物理學家發現光子會像物質一樣相互作用，并表現出像玻色-愛因斯坦凝聚态BEC一樣的行為。

在最近的實驗中,研究人員想弄清楚如果光子發生相變所需的最小數量。他們使用一種精細調諧的激光，将光子泵入一個類似的充滿染料的鏡子陷阱，并觀察這種混合物以确定BEC現象何時會出現。他們實驗發現，平均隻需要7個光子，光子就會産生BEC——它們開始表現得像一粒。對于相變來說，這是必要的一個新的低标準粒子計數。

愛因斯坦證明引力波用了什麼方法（實驗發現最少7個光子就可以産生玻色-愛因斯坦凝聚态）3

該研究的主要作者，倫敦帝國理工學院的物理學家羅伯特尼曼在聲明中說：現在已經證實，在這樣小的系統中相變仍然存在，我們可以用這種方式去探索光子屬性，而在更大的系統中研究卻似乎不太現實。

研究人員指出，微BEC和涉及到更大的粒子群的相變之間存在一些差異。當冰升溫到它的熔點的時候，它就會立即從固體變成液體，沒有任何中間階段。大多數化學物質的大部分相變也是如此。但是七個光子的BEC現象似乎是以一種漸進的形式形成，而不是立即形成。

研究人員表示，該實驗表明即使在非常小的尺度上的光子相變也同更大尺度上的常見相變現象特别相似。物理學就是物理學，都有着一貫的通用定律。

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