
【电】 degenerate gas
bamboo slips for writing on; brief; letter; ******
combine; equally
gas
【化】 gas
【医】 gas; pneuma-; pneumato-
简并气体(Degenerate Gas)是一种在量子力学框架下描述的特殊物质状态,指在极高密度或极低温条件下,气体粒子因量子效应(如泡利不相容原理或玻色-爱因斯坦凝聚)而表现出显著偏离经典理想气体行为的量子气体。其核心特征包括:
费米简并气体
由费米子(如电子、中子、质子)构成,服从费米-狄拉克统计。当粒子间距接近德布罗意波长时,泡利不相容原理阻止粒子占据相同量子态,形成“简并压”。典型例子包括白矮星中的电子简并气体和中子星中的中子简并气体。
费米能(最高占据态能量)计算公式:
$$ E_F = frac{hbar}{2m} (3pi n)^{2/3} $$ 其中 ( n ) 为粒子数密度,( m ) 为粒子质量。
玻色简并气体
由玻色子(如光子、氦-4原子)构成,服从玻色-爱因斯坦统计。在极低温下,大量粒子凝聚到基态,形成玻色-爱因斯坦凝聚(BEC),如超流氦或实验室冷原子气体。
白矮星依靠电子简并压平衡引力,中子星则依赖中子简并压(钱德拉塞卡极限与奥本海默极限决定其稳定性)。
实验室中通过激光冷却实现玻色/费米原子气体的量子简并态,用于研究超导机制、量子相变等。
中文术语 | 英文术语 |
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简并气体 | Degenerate Gas |
费米子 | Fermion |
玻色子 | Boson |
泡利不相容原理 | Pauli Exclusion Principle |
简并压 | Degeneracy Pressure |
玻色-爱因斯坦凝聚 | Bose-Einstein Condensate (BEC) |
简并气体是物理学中描述量子效应显著的气体状态,其核心特征在于微观粒子的全同性原理和量子统计关联起主导作用。以下为详细解释:
定义与特性 当气体满足特定条件(如粒子数密度高、温度极低)时,粒子间距接近德布罗意波长,量子效应无法忽略。此时需采用量子统计(费米-狄拉克或玻色-爱因斯坦统计)而非经典玻尔兹曼统计,这类气体称为简并气体。
判定条件
分类
物理表现
与普通气体对比:普通气体分子间距大(约分子直径的10倍),可用经典理论描述;简并气体需考虑波函数重叠和量子统计关联,是研究极端条件物质状态的重要模型。
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