美国科学家发现“超固体”

更酷的酷CAT

在《聊斋志异》中，我们经常能看到“穿墙术”：一个人站在一堵墙前，眼睛一闭，头往墙上撞去，再睁开眼时，身体已经跑到墙的另一侧。当然，这只是神话故事。可是，近日《新科学家》报道，“穿墙术”迷住了很多科学家，他们一直在寻找固体穿越固体的方法。现在，他们终于取得了一个重大突破。

美国科学家发现“超固体”

我们真的能够穿墙而过？一个固体是否能以某种方式穿越另一个固体而自由移动？这听起来似乎是天方夜谭，然而，美国宾夕法尼亚州立大学的研究人员摩西·陈不但认为可以，而且还宣称掌握了这方面的证据。他们的研究小组已创造出世界第一种“超固体”———像幽灵一样互相穿过对方的晶体。这一发现与我们日常经验完全矛盾：从来没有人看到过茶杯穿过茶托。由于固体的原子排列方式井然有序，使得固体本身十分坚硬。与液体和气体不同，晶体内的原子排列是固定的。尽管由于热能它们或许会稍微振动，但通常情况下，这不足以令原子移动，造成它们在彼此上面流动。然而，物理学家长期以来就预测这条规则有可能被打破。1969年，俄罗斯理论家亚历山大·安德烈夫和伊尔亚·利夫什兹在研究固体属性时就发现可以令固体流动的方式。在某些晶体中，原子之间的联系十分微弱，你甚至可以像海绵一样挤压固体。这种微弱的联系赋予了晶体另一种属性。在接近绝对零度时，晶体的原子仅仅具备产生振动的热能。但对于一些晶体而言，即使这种轻微的活动也足以令原子分裂。这会令晶体的格状结构充满称为“零点空位”的间隙，这些空位是流动的，即使在绝对零度时也是如此。晶体间隙也可以具有某种物理属性，这听起来似乎令人费解。但物理学家认为这些空位像原子一样具有能量和质量。它们甚至能在晶体周围活动。安德烈夫和利夫什兹甚至预测到了更奇怪的行为：空位能同步穿过固体，就如同固体“流经”另一固体一样。

发现“超固体”的线索

之所以会出现这种情况，是因为量子力学的特殊本性。量子论称，接近绝对零度时，原子组能够失去其特性并开始像一个巨大的原子一样行动。这些原子不是在气体或液体中任意跳动，相反，它们会浓缩为一种量子状态，并开始步伐一致地活动。这一进程的细节取决于一种名为“自旋”粒子的基本属性。根据其自旋的性质，原子分成玻色子和费密子。量子力学表明，两个同样的费密子不能分享同一种量子态，因此，它们不能作为一个实体运动。但玻色子不会面临这种限制。当函数开始重叠时，它们就能以同一能态挤在一起，此时，它们开始像巨大原子一样运动。至少从理论上讲，这意味着由玻色子构成的固体可以相互“穿行”。在许多固体身上，这种情况并不会发生，因为就像人们看电影时固定地坐在自己的位置上一样，原子也被“锁定”在其各自的位置上。但安德烈夫和利夫什兹认为，联系微弱的晶体中的原子拥有更多的自由。他们意识到这种情况同样适用于空位，因此，它们也能够自由移动，并浓缩成一个巨大的空位。像幽灵穿墙而过一样，他们预测这种由空位构成的“超固体”也能轻松穿过晶体的其他部分。然而，自安德烈夫和利夫什兹做出他们的预测以来，许多研究人员也曾追寻过超固体，最终都无功而返。但科学发现了超固体确实存在的一些线索。20世纪90年代末，加州大学圣迭戈分校的约翰·古德凯德和他的同事在对由氦的同位素氦-3和氦-4构成的晶体进行实验时发现了奇怪的东西。

实验的结果令人震惊

生成氦晶体并不容易，你不仅需要把液态氦-4转换为固体的冷冻温度，而且还必须将液态氦-4加压到至少25个标准大气压。古德凯德研究小组利用超声波轰击固态氦-4晶体。当研究人员将晶体冷却到接近绝对零度的温度时，他们注意到超声波加快速度。这可能与超固体的构成有关。当声音穿过固体时，会引起原子振动。如果晶体的一部分变成超固体，它将与晶体的剩余部分分离，使超声波传播的速度加快。受该研究结果的鼓舞，宾夕法尼亚州立大学的摩西·陈和他的学生金永顺决定在2001年亲自实验。他们将一些固态氦-4放在一个桶里，悬挂在绳上，先是让其以顺时针方向旋转，然后在冷冻过程中，以每秒1000次的速度逆时针旋转。该实验能让研究人员了解固态氦-4在非常低的温度下快速振动时出现的状况。实际上，上述“桶”比缝纫用的顶针还要小，而且是在杆上面旋转，而不是在绳上。该实验最终在去年获得了成功。当实验者将晶体的温度冷却至2 K以下时，他们开始认真监控小桶的振动速率。这种振动的频率受杆的硬度和小桶的惯性的控制，而小桶的惯性又由桶内氦的质量决定。在温度降至约0.2 K时，小桶开始振动得更加快速，其中一些氦似乎有从桶里溢出来的架势。陈和金永顺得出的结论是：固体中约有1%的氦晶体保持静止，而其余99%正常转动。晶体中99%的部分看上去似乎正从保持静止的1%氦晶体中穿过。结果的确令人非常震惊，但他们必须保证这些现象不是设计装置缺陷的结果。鉴于此，他们再次用氦-3代替氦-4进行了实验，因为氦-3的原子是费密子，不应形成超固体。如果他们发现氦-3对结果没有产生任何影响，他们就会据此确信上次的研究结果是正确的。

专家声音

理论家提出质疑

研究结果再次与研究人员预测的一样。但即便如此，陈和金还不能完全确信所看到的现象。他们在把实验结果刊登在《自然》杂志上时，起了一个相当模糊的题目：“或许发现超固态氦”。在其他物理学家对该结果表示怀疑时，陈和金又进行了多次实验。他们把后来的研究结果刊登在《科学》杂志上，不过这次他们在题目中去掉了“或许”二字。

陈认为，其研究结果最为具有逻辑性的解释是，1%的原子或空位浓缩成一个单位，这个单位后来受到量子力学规则的影响，而剩余的99%则继续生活在非量子物理世界里。然而，陈的实验结果还是引发了巨大争议。与此同时，理论家也对陈的研究结果提出质疑。马萨诸塞大学理论家尼古拉·普罗科夫及其同事鲍里斯·斯维斯图诺夫认为，陈所看到的只是无数微小晶体在大量液态氦中滑行的现象，而不是超固体穿过一块晶体。

伊利诺伊大学理论家戴维·塞普利认为，空位不可能在陈实验的高压环境中出现。他表示，不断升高的压力将会把空位从晶体中“挤压”出来。2003年物理学诺贝尔奖得主托尼·莱格特则认为，超固体行为甚至可能不涉及空位。但陈确信，超固体行为涉及空位和其他类型的晶体缺陷，并把这一问题抛给理论家们，这是有意义的。

综上，，实际上，，，这种超固态物质还未得到证实，目前尚处在一种实验假说阶段。而且理论上“传送”的也是特殊的由玻色子（费密子则不可以）构成的晶体（个人认为还有晶格、温度等等严苛的要求），像剧中所描述的有机体（人体）固体传送在我们有生之年，是不可能的。

rockmanx10

天河明人???=　_,　=!!!

更酷的酷CAT

这些都是属于边缘科学的学科啊

原始恶魔

+1
大家要警惕蜥蜴啊

有用的人

原帖由 原始恶魔 于 2009-3-6 17:00 发表
+1
大家要警惕蜥蜴啊

該是时候该遷向火星了
应该可以习得玻色子跳躍了

更酷的酷CAT

空间转移
我们在游戏中，在电影中，在科幻小说中，甚至是魔术中，已经无数次见识到了凭空传输物体乃至人类的“瞬间转移”。在很多人眼里这也许只是一种畅快淋漓的科学幻想，甚至是不可能实现的妄想。但我们回头一想，当古人对于飞机可能也会认为是妄想的不可能事件。科技的发展就是将不可能变为可能。
    根据LiveScience的报导，美国马里兰大学(University of Maryland)的联合量子研究所的科学家已经迈出了跨空间传输(就是我们所说的瞬间转移)的第一步，将2个分离的原子传送跨越1米的距离。
　　技术原理的解释当然是极其复杂，我们只能按照研究人员的说法简单的叙述,空间传送能够实现，是由于量子缠结(quantum entanglement)会发生在原子与次原子层级间，如果一对物体是属于缠结状态，那么它们的距离虽远，但仍会看到的其中一个物体状态，会在另一个物体上出现。科学家设置了一个纠缠状态，让2个独立的镱(ytterbium)离子处于其中，而当中1个镱离子包含了信息，能够被传送到另一个镱离子上。每一个离子被一个高度真空的陷阱分离开来，被悬在一种看不见的电磁笼子中，被金属电极所围绕着。
　　实验是这样运作的，每一个离子中发出的单一光子在分光装置上相互作用。当两边的探测计同时纪录到光子的动作时，这一对离子已经是纠缠状态。在这点上，A离子已经被量测过，并显示出B离子上的资料已经传送到A离子。这项研究之所以是重要的成就，并不是因为在通讯上有任何形式结果，而是因为在一般的电子传输上，并没有任何在原始物体上的信息是实际旅行到另一个物体的，而这项研究则显示出第一个物体上量测的信息可瞬间显现在第2个物体上。

rockmanx10

Srw要开始了=　_,　=!!　　天河明人和凯的热血要来了

monitorliu

波色子的A级跳跃者看来是真的啦？？

hades314395

难道这个是物质的第6种存在形式么····

PS：超固体不是对固体施以极高压力使固体原子核聚集为一体，电子围绕该固体排布的存在形式么···

星辰幻灭

为啥我越来越有种生活在漫画里的感觉？这世界真是不真实。

太可怕了吧.社会太现实了.

shenmimengzhu

全世界的人類都去認為。。。地球是方的。。。那么明天就會在衛星上觀測到立方體的地球

以上。。。

SAFFEE

这个……超低温He可以存在超流体，也可以轻松穿墙的

更酷的酷CAT

原帖由 edeatoby 于 2009-3-6 19:03 发表
还是未确认的理论，唉，看来这辈子想突击女子澡堂是没望了

你在违反自然定律,小心PL大地之母惩罚你这个不守自然法规的孩子啊

美鸟D游戏

原帖由 更酷的酷CAT 于 2009-3-6 20:50 发表


你在违反自然定律,小心PL大地之母惩罚你这个不守自然法规的孩子啊

你什么都PL。。。。。

wbsnb

而且要小心别不小心成了超A级的跳跃者

更酷的酷CAT

原帖由 美鸟D游戏 于 2009-3-6 21:08 发表


你什么都PL。。。。。

你敢说大地不是PL吗?创造出这么多的风景,那你别去什么地方旅游了,永远 在家里好了

溺水的鱼

= =首先创造这个东西出来，只要不是被抢到偷走，一般是不会随便发布出来的，必然会设计各种屏蔽装置，不然想当强盗都容易了 = =

溺水的鱼

不是说，其实如果机器能够完整结构人体各种物质数据就可以创造空间跳跃，或者复制么，把所需要的物质，弄到，然后在投射在要跳跃的地方制作出来，不过如果复制记忆和行为是样的么= =  这个好复杂关系，就好像说，用芯片取代一根大脑神经，然后在用3块，5块，最后全部取代不就完成了个机器脑子了么，不过那种脑子有记忆有行为自己的思维么，= =

更酷的酷CAT

原帖由 溺水的鱼 于 2009-3-6 21:24 发表
= =首先创造这个东西出来，只要不是被抢到偷走，一般是不会随便发布出来的，必然会设计各种屏蔽装置，不然想当强盗都容易了 = =

那干脆不发明更好啊