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saleonster
| 未知
这个问题需要首先理解好温度。组成物质的分子、原子、离子都在做无规则的热运动,温度能够反映分子(原子、分子、离子在这里可统称为分子)无规则热运动的剧烈程度。温度越高无规则热运动就越剧烈,分子热运动的平均动能或平均速率就越大;温度越低分子热运动的平均动能就越小,平均速率也就越小。
给物体降温,从微观上看就是将分子热运动的平均速率变小。
激光中含有大量频率几乎一致的光子,光子具有动量,光子迎头撞击到原子上如果被原子吸收掉,原子的动量就会减小,这就意味着原子的速率变小了,这样就实现了给物体降温。
真正操作的时候还涉及到其他知识。原子的热运动是无规则的,向哪个方向运动的都有,如果光子和原子迎头相撞,光子被吸收后原子的动量会减小,若是光子从后面撞击到原子呢?会不会原子的动量变大?
这是不会的,这里又涉及到两个概念:多普勒效应、光子的跃迁及吸收。
先看跃迁和吸收,以最简单的氢原子为例,电子由高能级跃迁至低能级时会释放出特定频率的光子,光子的频率ν由两个能级之差决定,表达式为hν=ΔE,h为普朗克常量,E为两能级能量之差。相反,如果电子由低能级跃迁至高能级,也只能吸收那特定频率的光子,频率稍稍差一点也不能被吸收。
再看一下多普勒效应,光又是一种电磁波,电磁波具有多普勒效应。如果远离发光体,电磁波会发生红移,频率会降低;反之靠近发光体会出现蓝移现象,频率就会升高。
原子在做无规则的热运动,在原子微小的世界里也有多普勒效应。一束激光照过来,如果原子迎着激光运动,激光的频率就会升高;如果原子顺着激光的方向运动,激光的频率就会降低。频率变了,原子就有可能不会吸收那个光子。在实际操作中,如果原子能够吸收频率为ν的光子,就要选用频率比ν稍稍低一点的激光照射原子,这样原子若是和激光迎头撞来,激光的频率就有可能升到ν,恰好被原子吸收掉,进而使得原子的速率降低。向其他方向运动的原子则不会吸收到光子。
只要光子能够不断的被原子吸收,就意味着原子的动量会不断的减小,最后甚至能够将原子冷却到比绝对零度高千分之一K的温度。这种冷却方法叫做多普勒冷却。
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