玻色—爱因斯坦凝聚。这里所说的凝聚不是通常说的那种气体变液体的凝聚，而是“动量凝聚”。也就是说，许多分子都转到动量为零的状态，这

超流现象

2008-11-22 09:09

30年代，实验发现，当液氦（指4He）的温度降到2.17K时，液氦从原来的正常流体突然转变为具有一系列极不寻常的性质的“超流体”，这就是超流现象。 　　在2.17K以下，超流的液氦具有以下性质： 　　首先，液氦能沿极细的毛细管（管径约0.1微米）流体而几乎不呈现任何粘滞性。这一现象最先由卡皮查于1937年观察到，称为超流性。 　　其次，如果用一细丝悬挂一薄盘浸于液氦中，让圆盘作扭转振动，则盘的运动将受到阻力。 　　第三，当液氦由容器A中通过多孔塞（或极细的毛细管）流出时，A内的液氦的温度升高。这一现象好如机械致热效应。其逆过程称为热机械效应，即：当升高A内的温度时，其中液氦的液面将上升，若A本身是一毛细管，则将观察到液氦从上口喷出，故也称喷泉效应。 　　另外，液氦还具有极好的导热性，热导率为室温下铜的800倍。 　　以上这些性质都表现为宏观现象，事实上却是超流液氦的量子效应。不同于宏观物体，微观粒子除了坐标空间的动量外，还有一种“内部”角动量——自旋。粗略地说，可以把它看成一个转动的小陀螺，有一个小磁矩。具有半整数自旋的粒子称为费米子，如电子、中子、质子，它们的自旋为1/2。具有整数自旋的粒子叫玻色子，如光子，p-介子，它们的自旋为1。对于费米子，由于泡利不相容原理的缘故，每个状态只允许填一个粒子。而对于玻色子，粒子在各状态上的填充数不受限制。温度降到一个特定值后，越来越多的玻色子处于能量最低的，也就是动量为零的状态。这个现象叫做玻色—爱因斯坦凝聚。这里所说的凝聚不是通常说的那种气体变液体的凝聚，而是“动量凝聚”。也就是说，许多分子都转到动量为零的状态，这就使得它们在坐标空间中还是在容器中的液体，而此时液体的流动性发生了突变。液氦（4He）是玻色子，在2.17K以下的超流转变就是这种“凝聚”。 　　直到20世纪70年代末科学家才观测到氦3的超流体现象，因为使氦3出现超流体现象的温度只有氦4的千分之一。     爱因斯坦预言，原子气体冷却到非常低的温度，所有原子会以最低能态凝聚，物质的这一状态就被称为玻色－爱因斯坦凝聚。玻爱凝聚态物质就是超导体和超流体，它实际是半量子态，在半量子态下，费米子象玻色子一样可以在狭小空间内大量凝聚。外地核就是玻爱凝聚态的超流体物质，内地核则由中微子构成，都是高密度、大质量形态。 　　超流体是超低温下具有奇特性质的理想流体，即流体内部完全没有粘滞。超流体原理的应用尚在研究之中。不过，这一领域已经曙光初现。2002年，德科学家实现铷原子气体超流体态与绝缘态可逆转换。世界科技界认为该成果将在量子计算机研究方面带来重大突破。这一成果被中国两院院士评为2002年世界十大科技进展之一。 　　氦３最吸引人类的就是它作为能源材料的优秀“潜质”。氘和氦３可以进行核聚变，这种聚变不产生中子，所以放射性小，而且反应过程易于控制，可算是既无污染又安全。氦３不仅可用于地面核电站，而且特别适合作为火箭和飞船的燃料，用于宇宙航行。从月球土壤中每提取一吨氦３，可得到６３００吨氢、７０吨氮和１６００吨碳。 　　据专家计算，如果采用氦３核聚变发电，美国年发电总量仅需消耗２５吨氦３；中国１９９２年的年发电总量只需８吨氦３，全世界一年有１００吨氦３用于发电就够了。以目前全球电价和空间运输成本算，１吨氦３的价值约４０亿美元，而且随着空间技术发展，空间运输成本肯定将大大下降。最近法国科学家宣布，２０３０年，利用氦３进行核聚变发电将实现商业化。据估算，如果月球上有５００万吨的氦３储量，那能够支持地球万年以上的的电量！ 编辑本段超流现象和探月工程