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玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)是物質(zhì)的一種特殊狀態(tài)，其玻色-愛因斯坦凝聚體中有兩種聲速。除了正常的聲音傳播外，還有第二種聲音（第二聲），這是一種量子現(xiàn)象。漢堡大學路德維?！ゑR埃小組的科學家們?yōu)檫@一現(xiàn)象提出了一種新理論。當你跳進湖里把頭埋在水里時，一切聽起來都不一樣了。除了我們的耳朵在空氣和水中的生理反應(yīng)不同，這是由于不同的聲音在水中傳播。聲音在水中傳播得更快，在25°C的舒適夏日里，以每秒1493米的速度傳播。 其他液體也有不同的聲速，比如酒精的聲速是1144米/秒，氦的聲速是180米/秒。這些液體被稱為經(jīng)典液體，是物質(zhì)一種主要狀態(tài)的例子。但是如果我們把氦再冷卻幾度，一些戲劇性的事情發(fā)生了，它變成了量子液體。量子力學的這種宏觀表現(xiàn)是一種超流體，一種沒有摩擦的液體。那么，如果你不幸地決定把頭伸進這種液體里，你會聽到什么呢？令人驚訝的是，你會聽到同樣的聲音兩次。除了液體的正常聲音外，還有第二種聲音的現(xiàn)象。 這種現(xiàn)象源于液體的量子性質(zhì)。如果有人在超流氦中對你說話，你會先聽到第一種聲音，然后在它以第二種聲音出現(xiàn)時，你會有第二次機會聽到它，盡管聲音很弱。對于超流氦，第二種聲音比第一種聲音慢很多，在1到2開爾文之間，是25米/秒對250米/秒。雖然傳統(tǒng)的第二聲理論已經(jīng)成功地應(yīng)用于超流氦，但超老原子玻色-愛因斯坦凝聚體的出現(xiàn)帶來了新挑戰(zhàn)。漢堡大學路德維希·馬西領(lǐng)導的一組科學家提出了一種新理論，可以捕捉這些量子液體中的第二種聲音，該理論現(xiàn)在發(fā)表在《物理評論A》上。 對于超流體氦，第二聲比第一聲慢，但科學家訝地發(fā)現(xiàn)，這未必是真的，第二聲可以更快。需要一種新的理論方法來捕捉這一點，現(xiàn)代問題需要現(xiàn)代的解決方案。主要作者Ilias Seifie描述了概念上的進展：推廣了費曼路徑積分來擴展超流體理論。理查德·費曼(Richard Feynman)提出的路徑積分(path integral)將量子力學表述為對軌跡求和，這是一個絕妙的構(gòu)想。新研究修改了這些軌跡的樣子，在路徑積分中，它們包含了量子漲落的信息。 想象一個從a延伸到B的泳池面，這是一個對進入費曼路徑積分的軌跡可視化。橫截面或多或少是圓的，沿長度方向的直徑恒定。但是在新路徑積分中，橫截面的形狀可以改變，它可以是橢圓的形狀，想象一下將池面擠壓在一起，物理學家恰當?shù)貙⑦@些量子力學狀態(tài)稱為壓縮態(tài)。這種方法廣泛適用，它可以應(yīng)用于任何基于路徑積分的方法。事實上，量子物理和經(jīng)典物理交界面上的許多現(xiàn)象都可以用這種方法更好地理解。使用這個新框架，會從本質(zhì)上獲得更多的見解。
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