[科普中國]-玻色氣體

玻色氣體（英語：Bose gas）是一個經(jīng)典的理想氣體的量子力學(xué)模型。其概念相似于費米氣體。

定義玻色氣體（英語：Bose gas）是一個經(jīng)典的理想氣體的量子力學(xué)模型。其概念相似于費米氣體。1

結(jié)合薩特延德拉·玻色和愛因斯坦共同提出的理想的玻色氣體，指的是在足夠低的溫度下〈接近0K〉一群玻色子會形成所謂的固化物。但這樣的行為和經(jīng)典的理想氣體不同。而固化物的形成即所認知的玻色–愛因斯坦凝聚。

發(fā)展簡史玻色子具有整數(shù)自旋，并遵守玻色-愛因斯坦統(tǒng)計。薩特延德拉·納特·玻色闡明了光子的表現(xiàn)，并為統(tǒng)計力學(xué)遵從量子規(guī)則的微系統(tǒng)提供了機會，1924年寫了一篇推導(dǎo)普朗克量子輻射定律的論文寄給當時在德國的愛因斯坦，愛因斯坦意識到這篇論文的重要性，并將其擴展到不同的經(jīng)典理想氣體的宏觀粒子，不但親自把它翻譯成德語，還以玻色的名義把論文遞予名望頗高的《德國物理學(xué)刊》（"Zeitschrift für Physik"）發(fā)表。

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在物理學(xué)中，費米氣體（Fermi gas），又稱為自由電子氣體（free electron gas）、費米原子氣體，是一個量子統(tǒng)計力學(xué)中的理想模型，指的是一群不相互作用的費米子。

費米氣體是理想氣體的量子力學(xué)版本。在金屬內(nèi)的電子、在半導(dǎo)體內(nèi)的電子或在中子星里的中子，都可以被視為近似于費米氣體。處于熱力平衡的費米氣體里，費米子的能量分布，是由它們的數(shù)目密度（number density）、溫度、與尚存在能量量子態(tài)集合，依照費米-狄拉克統(tǒng)計的方程而表征。泡利不相容原理闡明，不允許兩個或兩個以上的費米子占用同一個量子態(tài)。因此，在絕對零度，費米氣體的總能量大于費米子數(shù)量與單獨粒子基態(tài)能量的乘積，并且，費米氣體的壓力，稱為“簡并壓力”，不等于零。這與經(jīng)典理想氣體的現(xiàn)象有很明顯的不同。簡并壓力使得中子星或白矮星能夠抵抗萬有引力的壓縮，因而得到穩(wěn)定平衡，不致向內(nèi)爆塌。

在低溫下，玻色原子氣體可以形成玻色-愛因斯坦凝聚（Bose-Einstein condensation, BEC），這是由愛因斯坦在1925年的理論而預(yù)言的。費米子由于泡利不相容原理，不能形成BEC。但可通過Feshbach共振，利用磁場調(diào)節(jié)費米原子間的相互作用，使費米子配對轉(zhuǎn)變成玻色型粒子而形成BEC。

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

劉軍 - 副研究員 - 中國科學(xué)院工程熱物理研究所