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量子相變

指数 量子相變

量子相變是指發生在絕對零度的相變現象。與熱相變不同的是,熱相變的發生是由於熱擾動所造成,而量子相變是經由量子涨落所造成。量子相變的發生代表著在量子多體系統中基態的性質隨著外部參數發生突然的驟變。傳統上研究量子相變的方法和研究熱相變的方法類似,主要根據朗道的對稱破缺理論和序參量來決定量子系統的相圖。近年來由於量子資訊學的蓬勃發展,有一些物理學家利用量子資訊學來研究量子相變,例如糾纏熵和保真度。 Category:量子力學 Category:統計力學.

目录

  1. 4 关系: 糾纏熵绝对零度相變量子涨落

  2. 相变

糾纏熵

一個由A部分和B部分組成的量子力學的系統,A與B之間可能存在某種遠距離的相關性,即使A與B之間並不存在交互作用力,這種關聯仍然存在,而且A部分和B部分的空間距離可以很遠,這種概念稱為糾纏。糾纏的強弱程度常利用糾纏熵來定量分析。事實上,糾纏的概念並不侷限只把系統分成兩個部分,但是多個部份的糾纏強弱在定量分析上遭遇許多困難,目前仍物理學家研究的課題之一。常見的糾纏熵都是定義在一個由A部分和B部分組成的純態系統,例如:馮紐曼熵、仁義熵。.

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绝对零度

絕對零度(absolute zero)是熱力學的最低溫度,是粒子动能低到量子力学最低点时物质的温度。绝对零度是僅存於理論的下限值,其熱力學溫標寫成K,等於攝氏溫標零下273.15度(即−273.15℃)。 物質的溫度取決於其內原子、分子等粒子的動能。根據麥克斯韋-玻爾茲曼分佈,粒子動能越高,物質溫度就越高。理論上,若粒子動能低到量子力學的最低點時,物質即達到絕對零度,不能再低。然而,根據熱力學第二定律,絕對零度永遠無法達到,只可無限逼近。因為任何空間必然存有能量和熱量,也不斷進行相互轉換而不消失。所以絕對零度是不存在的,除非該空間自始即無任何能量熱量。在此一空間,所有物質完全沒有粒子振動,其總體積並且為零。 有關物質接近絕對零度時的行為,可初步觀察。定義如下: 其中h為普朗克常數、m為粒子的質量、k為波茲曼常數、T為絕對溫度。可見熱德布洛伊波長與絕對溫度的平方根成反比,因此當溫度很低的時候,粒子物質波的波長很長,粒子與粒子之間的物質波有很大的重疊,因此量子力學的效應就會變得很明顯。著名的現象之一就是在1995年首次被實驗證實的玻色-愛因斯坦凝聚,當時溫度降至只有1.7×10-7 K。.

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相變

變(Phase Change)是指物質在外部參數(如:溫度、壓力、磁場等等)連續變化之下,從一種相(態)忽然變成另一種相,最常見的是冰變成水和水變成蒸氣。然而,除了物體的三相變化(固態、液態、氣態)自然界還存在許許多多的相變現象,例如日常生活中另一種較常見的相變是加熱一塊磁鐵,磁鐵的鐵磁性忽然消失。其他在物理學中重要相變列舉如下:.

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量子涨落

在量子力學中,量子涨落(quantum fluctuation。或量子真空涨落,真空涨落)是在空间任意位置對於能量的暂时变化。 從维尔纳·海森堡的不确定性原理可以推導出這結論。 根據這原理的一種表述,能量的不確定性 \Delta E 與能量改變所需的時間 \Delta t ,兩者之間的關係式為 其中 \hbar 是約化普朗克常数。 这意味著能量守恒定律好像被违反了,但是仅持续很短的时间。因此,在空間生成了由粒子和反粒子组成的虚粒子对。粒子对借取能量而生成,又在短时间内湮灭归还能量。这些产生的虚粒子的物理效应是可以被测量的,例如,電子的有效電荷與裸電荷不同。從量子电动力学的兰姆位移与卡西米尔效应,可以觀測到這效應。 量子涨落对于宇宙大尺度結構的起源非常重要,可以解釋宇宙为什么會出現超星系團、纖維狀結構這一類結構的问题:根据宇宙暴胀理论,宇宙初期是均匀的,均匀宇宙存在的微小量子涨落在暴胀之后被放大到宇宙尺度,成为最早的星-系-结构的种子。.

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另见

相变