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  • 科学家验证可应用于传感器的超流体持续运动现象
    http://www.ic72.com 发布时间:2007/12/7 11:09:00

      永恒运动(Perpetual motion)在传统物理定律中是行不通的,但在量子(quantum)世界里,无摩擦力(frictionless)运动却是可能的。例如,由超导线(superconducting wire)构成的一个闭锁回就能够展示永恒运动现象──尽管这只是电子在无摩擦力的导线回路中运动。而如果这种无摩擦力运动能透过流体(fluid)来证实,那么超流体(superfluidity)就能够在一个圆环(torus)上实现原子的无摩擦力运动,因而制造出超高灵敏度的旋转(rotational)传感器。

      现在,美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standards and Technology,NIST)和美国Maryland大学的联合量子学院(Joint Quantum Institute),已经证明了超流体的无摩擦力运动,尽管距离永恒运动还很遥远──该研究团队使用了一种称为Bose”Einstein浓缩物(condensate)、温度非常低的物质形态,实现了一种称为「持续运动(persistent motion)」的概念验证。NIST预测,这种与超导体中电子无摩擦力运动非常相似的超流体量子效应,最终可实现实际应用,例如用来制造使用常规原材料无法实现的超灵敏导航传感器。

      Bose”Einstein浓缩物是科学家爱因斯坦(Albert Einstein)所预言,在1925年由Satyendra Nath Bose构想出来,直到1995年才在实验室中被证实。Bose”Einstein浓缩物是一种物质状态,温度非常低,以至于其中所有的原子都处于最低能量状态,因而在宏观状态(macroscopic scale)下能展现量子效应。该种物质由玻子(bosons)组成,由于两者特性相似,通常与电磁波相提并论;该种物质也被称超流体,可不受彼此碰撞的摩擦力影响而运动。

      自从Bose”Einstein浓缩物被第一次证明确实存在,这种超流体也成为全世界不少科学实验室的热门研究题目。例如Amsterdam大学就曾展示过一种Bose”Einstein浓缩物单芯片;而NIST则是这些实验室中第一次将其应用于永恒运动现象的概念验证。

      NIST的论证关键,在于使用磁场形成一个圆环来盛放低温钠(sodium)原子,并利用雷射来搅动钠原子产生运动。不过到目前为止,NIST所实验的「持续运动」现象只能维持10秒钟;未来研究人员将致力延长原型的运动时间,并制造爆炸(burst)来搅动流体以补偿动量损失,以实现制造超高灵敏度导航传感器芯片的目标。


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