美國有一檔節(jié)目叫《流言終結(jié)者》,節(jié)目中的人拿出了所有的東西來測試導(dǎo)演所能想到的任何有趣的理論。在這篇輕松愉快的文章中,我將帶你了解這些科學(xué)知識。
電影《幽冥》中的情節(jié)
在這部2016年的科幻電影中,影片圍繞一隊(duì)士兵被一個看不見的敵人神秘殺害展開。幸存者們受到驚嚇和創(chuàng)傷,說起了一個似乎忽隱忽現(xiàn)的敵人。即使在復(fù)雜的成像設(shè)備下也幾乎看不到。
敵人穿墻而過,不受槍擊影響,只要輕輕一碰就能殺人。
令人不寒而栗的是,這些實(shí)體似乎有一個人的形態(tài)。而迷信的土著稱他們?yōu)?"戰(zhàn)爭的幽靈",被困在生與死之間。
最終,團(tuán)隊(duì)中的科學(xué)家弄清了它們的物理性質(zhì),并推斷出只有定向能量武器(等離子炮)才能打敗它們。
什么是玻色-愛因斯坦凝聚物(BEC)?
我們大多數(shù)人可能都記得在中學(xué)時代,物理告訴我們,物質(zhì)有三種狀態(tài),固態(tài)液態(tài)和氣態(tài)。這實(shí)際上是不完整的。還有一些其他的狀態(tài)存在。然而,最重要的是,它們出現(xiàn)在遠(yuǎn)離日常生活的極端物理?xiàng)l件下。
特別是當(dāng)某些物質(zhì)狀態(tài)被冷卻到非常接近絕對零度時,玻色-愛因斯坦凝聚物就會出現(xiàn)。
基本粒子
當(dāng)我們想到粒子時,我們可能會想到原子。或者像我們在學(xué)校里學(xué)到的那樣,原子的組成粒子,質(zhì)子、中子和電子。
然而,事實(shí)證明,這些可以進(jìn)一步細(xì)分為更多的基本粒子。
特別是,當(dāng)玻色子被冷卻到絕對零度時,就會出現(xiàn)玻色-愛因斯坦凝聚物。
波粒二象性、干涉、基態(tài)
量子力學(xué)的核心假設(shè)之一是波粒二象性。對于每一個粒子,它都表現(xiàn)出一個相應(yīng)的波。在大多數(shù)情況下,這些粒子大多處于不同的能量水平,這是由麥克斯韋-波爾茲曼分布決定的。
因此,每個單獨(dú)的粒子的波都以自己的獨(dú)立頻率振動。在大多數(shù)情況下,它是如此的微小,實(shí)際上是無法察覺的。
然而,當(dāng)我們把玻色子冷卻到離絕對零度越來越近時,基態(tài)就會被越來越多地占據(jù)。
而且,這些粒子越來越多地發(fā)現(xiàn)它們相應(yīng)的波與彼此的頻率和相位相似,而且它們相互干擾。我們不再有眾多的小波,而是有一個巨大的波函數(shù)。
而且,我們有一個單一的整體實(shí)體,而不是一盤散沙的微小不相干的粒子。
玻色-愛因斯坦凝聚物會致命嗎?
我們知道玻色-愛因斯坦凝聚物只在接近絕對零度時形成。有多接近?讓我們來計(jì)算一下。
讓我們來計(jì)算一下,假設(shè)我們是用氦氣來形成我們的玻色-愛因斯坦凝聚物。
通過一個簡單的編程,我們計(jì)算出凝聚物在3.126開爾文時形成,也就是大約-270攝氏度。
將氦氣冷卻到BEC溫度需要多少能量?
我們知道,一個成年人的體重大約是70公斤,我們知道氦氣的比熱是5193 J/kg/k。
假設(shè)我們將原本處于室溫30攝氏度的氦氣冷卻。
he = (273+30 - 3) * 5.193 * 70 * 1000
=1.0905299999999999e8,這大約是1.09 x 10?焦耳。
讓一個人體溫過低而致命需要多少能量?
醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)指出,人類的正常體溫約為37度,嚴(yán)重的低溫癥在28度左右就會發(fā)生。
因此,玻色-愛因斯坦凝聚物必須將人體迅速冷卻9度以達(dá)到其致命效果。
人體大約70%是水,所以我們可以假設(shè)它有一個有意義的水的熱容量。而成人的平均體重為70公斤。
而水的比熱容是4184j/kg/K。
所以玻色-愛因斯坦凝聚物“包含”的能量大約是殺死一個人的能量的60倍。