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學好物理有多酷:從冰淇淋聊到北斗導航,只需要一個小小的原子

你害怕過物理嗎?

學好物理有多酷:從冰淇淋聊到北斗導航,只需要一個小小的原子

那個跑上來跑下去的煩人小車。

學好物理有多酷:從冰淇淋聊到北斗導航,只需要一個小小的原子

線上、杆、傳送帶、木塊、平板(光滑的,粗糙的)上,不斷地被推、拉、提、拋著,除此之外,時不時還要在電場、磁場、引力場裡逛上兩圈。

學好物理有多酷:從冰淇淋聊到北斗導航,只需要一個小小的原子

實際上,科學是可以解答的藝術,認真學好物理,你的世界會煥然一新。

但是,冰淇淋和北斗導航系統又有什麼關係?哈哈哈哈,奇奇怪怪的知識又要增加了!

世界是物質的,這是哲學的基本觀點

世界上的物質是由原子組成,原子再形成分子,分子組合演變成世界上無窮無盡的物質。

在平常的生活中,我們沒有時時刻刻對著顯微鏡去觀察原子與分子的運動,但原子與分子的運動我們卻每分每秒都能感受得到。

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因為,分子的運動帶給了我們溫度。(分子熱運動的宏觀表現形式)

人們的生活對溫度的要求是苛刻的。

煎炒烹炸對溫度(火候)的要求各不相同,一日三餐的冷熱需求亦是如此。

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比如,一碗熱氣騰騰的湯圓,根據熱力學原理,我們知道組成湯圓的原子和分子在劇烈地運動著,它們的運動帶給我們溫暖。

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然而,在酷夏裡,我們又是多麼渴望透心涼的冰淇淋,我們希望原子和分子慢慢地運動,別那麼著急忙慌。

這些現象,與原子分子物理領域的一句話有關:“冷原子·熱物理”

冷原子

冷原子是指運動極慢,溫度接近絕對零度的原子。最早超導和超流的發現,所需的環境溫度為零下272度。

首先,我們關心的是怎麼才能減緩原子的運動。

日常生活的經驗要減速一個物體的運動,就需要給它施加一個阻力。減緩原子運動也是這個道理。

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1985年,美籍華人朱棣文等利用鐳射冷卻(減速)原子氣體達到了降低原子速度的目的,因此他們於1997年獲得諾貝爾物理學獎。除了鐳射冷卻的方法,還有原子囚禁和蒸發冷卻等。

銫原子鐘

冷卻和減速只是冷原子研究的起步,我們研究冷原子有什麼意義呢,或者說冷原子有什麼作用呢?

這裡就需要給大家普及一下,我們國家目前非常自豪的北斗衛星導航系統了。

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你可能會疑惑,北斗導航系統和冷原子有什麼聯絡?

它就是——銫原子鐘!

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我們生活在地球上有晝夜交替變化,有朝霞夕陽,我們憑著生活經驗就可以基本確定大致時間,然後再浩瀚的宇宙太空,衛星又靠什麼來確定時間呢,那就是在衛星上搭載著我們國家自主智慧財產權的銫原子鐘。

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(銫原子鐘內部結構)

將銫原子氣體注入時鐘的真空室,再利用鐳射冷卻減速銫原子氣體使其接近絕對零度,最終達到精確計時的目的。

知識改變命運,知識創造世界。

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好好學習物理,把物理學用於造福人類社會,推動人類向著更美好的未來前進吧!

分類: 科技
時間: 2021-12-20

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