Re: [分享] 極限的養成--雷射冷卻在台灣（下）

[caseypie (吟遊詩人)]

※ 引述《SakuraWars (刪我帳號???)》之銘言：
: 這一系列的文章挺精彩的
: 雖然文章有些細節處我不是很認同不過可以說是瑕不掩瑜
: 在這邊我有興趣跟大家討論的是 0K 真的是科學上的最低溫嗎？
: 我想本板大部份的板友應該都知道在 0K 的環境中理論上分子是無法有任何運動的
: 不過事實上即使是 0K 分子鍵結的震動理論上卻還是存在的
: 比方說氫分子 H-H 在 0K 雖然不會有移動與轉動
: 不過本身會有類似 H---H => H-H => H---H 的週期性震動
: 是不是有可能有比 0K 更低的溫度讓分子鍵結的震動也凍住呢？
呃，我有個問題

在0K時氫氣是會固化的，變成固態氫，所以應該沒有單純的氫分子存在
唯一在0K不會固化的元素只有氦，在4.2K時會直接由液態氦變成超流體，也變成BEC

除非原本的氫氣團過於稀薄，則不會凝結/凝固，維持氣體狀
這樣一來，大致上就可以看成各個氫分子分別獨立，不互相影響
這樣才應該會有你說的氫分子鍵結振動

而這個振動的來源則可以用量子力學來解釋：
把鍵結想成彈簧，那麼，氫分子就變成諧振子，持續做簡諧震盪
根據量子力學，一個簡諧震盪系統的能量，是(n+1/2)hf
n是0或任意正整數（量子化條件）、h是蒲朗克常數、f是系統基礎頻率

室溫下，氫分子的n非常大，然後隨著溫度降低，n逐漸減小
但是，即使n是0，系統依然會有一個hf/2的最低能量，不可能讓能量變成0
這個「零點震盪」的來源，是量子力學的測不准定理
因此，要靠降溫把這個震盪也凍結是不可能的事情


要說小於0K的溫度，倒真的是有些例子
按照統計力學下的定義，某些系統可以出現任意大小的負溫度值
不過在那些系統裡。溫度並不是什麼很有意義的物理量，所以也是沒有影響

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◆ From: 71.79.234.205
推 kratistos:負溫很有意思，因為它實際上比任何正溫都還要"熱"XD
推 SakuraWars:固體不是也應該有分子鍵結震動嗎？
→ SakuraWars:就像冰一樣保留有 H2O 的所有震動模式
→ SakuraWars:量子力學最低能階還保有能量我知道，也因此我才在想是
→ SakuraWars:不是有可能有更低的溫度讓這最低能量都不存在 XD
→ SakuraWars:不過看了上面兩位的解說看來理論上果然還是不可能的 XD