§ 11.8 绝对零度热力学第三定律

§ 11.8 绝对零度热力学第三定律 1. 绝对零度开尔文根据卡诺定理建立了热力学温标 —— 与任何物质无关规定水的三相点温度 —— 测量出水从热源T1吸收的热量Q1和在热源T2放出的热量Q2，则可以得到温度T1

1906年能斯托从大量低温化学实验中总结出 当 T  0 时所有凝聚态物质在一切等温过程中的熵值不变 —— 能斯托定律根据能斯托定理可以规定任何物质在绝对零度时的熵值为零

2. 热力学第三定律 大量实验表明温度越低降温越困难，即不可能用任何理想的过程和方法，采用有限的步骤使系统的温度达到绝对零度 —— 热力学第三定律激光冷却与捕陷原子 —— 1975年汉斯(T.W.Hansch)和肖洛(A.L.Schawlow )提出用激光冷却中性原子的思想 —— 1980年初实现了激光对中性原子的有效减速冷却

激光减速中性原子思想—— 运动的原子共振吸收迎面射来的光子，原子从基态跃迁到激发态，动量和速度减小速度的减小 —— 从激发态自发跃迁到基态放出光子，由于反冲又获得动量。此后又吸收光子减小动量，又放出光子获得动量吸收光子是来自同一束、同方向的激光，总使原子的动量减小自发辐射出光子的动量是随机的，这样多次自发辐射的平均效果并不增加原子的动量

—— 对于冷却钠原子的波长为=589 nm的共振光，减速效果相当于10万倍的重力加速度 1985年贝尔实验室的朱棣文小组用三对方向相反射来的共振激光=589 nm照射钠原子，在六束激光的交汇处钠原子团被冷却下来，温度2.4×10-8 K 1995年左右，朱棣文等人利用钠原子喷泉方法将一群钠原子降到2.4×10-11 K（24 pK）的温度

玻色 — 爱因斯坦凝聚 —— BEC —— 1924年印度物理学玻色提出黑体辐射是光子理想气体的观点，研究了“光子在各能级上的分布”问题，以不同于普朗克的方式推导出普朗克黑体辐射公式 —— 爱因斯坦将其观点和方法推广到某一类原子，预言当这类原子的温度足够低时，所有的原子就会突然聚集在一种尽可能低的能量状态 —— 玻色 — 爱因斯坦凝聚

—— 1995年6月威依迈和科纳尔的研究组在铷（87Rb）原子蒸气中第一次直接观测到玻色－爱因斯坦凝聚 —— 几个月后麻省理工学院的沃尔夫冈• 凯特纳研究组在钠（23Na）原子蒸气中实现了玻色一爱因斯坦凝聚 —— 2002年上海光机所王育竹院士领导的研究小组，在铷原子云中成功观测到了玻色－爱因斯坦凝聚现象

—— 2002年4月29日中科院物理所刘伍明研究员及其合作者首次得到了BEC在大温度范围内的扩散率，获得了从经典的热激活到热助隧穿及量子隧穿的转变规律玻色－爱因斯坦凝聚体具有很多奇特的性质 —— 像激光一样，凝聚体具有相干性 —— 哈佛大学的两个研究小组用玻色－爱因斯坦凝聚体使光的速度降为零

玻色－爱因斯坦凝聚体的研究 —— 理论上提出了用BEC来模拟黑洞的设想 —— BEC中的原子几乎不动，可以用来设计精确度更高的原子钟，应用于太空航行和精确定位等 —— BEC具有很好的相干性，用于研制高精度原子干涉仪，测量各种势场，重力场加速度和加速度的变化等 —— 原子激光可能用于集成电路的制造，用于量子信息的处理，为量子计算机的研究提供另外一种选择

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