达卡大学的萨特延德拉·纳特·玻色在思考,如果把原子冷冻了会怎样?
如果原子变冷,那么周围绕它转的电子也会变冷,那电子轨道会不会因此而变小。
之后每一个冷冻的原子只要一个单一的状态,而且不会轻易发生化学反应。
这样,一堆原子就像一个特殊的气体一样堆积在一起。
冷却松散后,物质会如何变化。
肯定是吸收的物质,体积变小,排斥的物质体积增加。
原子冷却后体积会变大还是变小?电子、光子、质子、中子呢?或者是不变?
先拿电子做例子,我们不知道电子是由什么组成。
甚至不知道是否是一个圆球形状,或者有自旋的影响。
一个电子的所有微粒系统,既有引力、也有排斥力。若无引力,会冷却成雾,若无斥力,就会塌缩成点。
斥力有两种情况,一个是本身的排斥,一个是横向角动量轨道。
一个稳定电子锁具备的条件是:引力=斥力+横向速度力。
加热后,横向速度减慢。故:引力>斥力+横向速度力。
电子体积会变小。
玻色开始给爱因斯坦写信,爱因斯坦十分欣赏玻色的看法。
爱因斯坦说:“把原子冷冻起来,这是一个非比寻常的想法,因为我们生活中遇到的原子都是热得生龙活虎的。”
玻色说:“电子运动就说明电子是热的,如果冷冻,电子就会减速,那么电子的能量会降低,就会变成基态。就是不知道原子核会不会也因为温度的降低受到影响。”
爱因斯坦说:“说不定是同时的,温度以降低,也许因为原子核的作用,也导致了电子速度降低,能量减小,轨道变小。也许是分开的,但是我们要考虑整体的温度降低。”
玻色说:“所以,理论也就到此为止了,重要的是实验观察,看看温度足够低的话,很多东西会变成什么状态。”
玻色在想,什么才是真正的降温?让原子不要乱动,当电子安静下来,让原子核也安静下来。而这一切都需要借助一定频率的激光让它们强制性安静下来。
1995年,麻省理工学院的沃夫冈·凯特利与科罗拉多大学博尔德分校的埃里克·康奈尔和卡尔·威曼使用气态的铷原子在170 nK的低温下首次获得了玻色-爱因斯坦凝聚。
在这种状态下,几乎全部原子都聚集到能量最低的量子态,形成一个宏观的量子状态。