玻色因是欧莱雅实验室历时7年研制成功的一种活性抗衰老成分,获得过Marie Claire美容大奖,并受到美容界和化妆品界专家的一致认可。玻色因来源西欧山毛榉木的木糖,是皮肤中木糖的模拟物,更是第一代具有活性的绿色化学制品。实验证明,玻色因可以直接影响贯穿于皮肤三层结构中的细胞外基质,能促进连接表皮与真皮层的胶原蛋白VII型的生成,同时对于胶原蛋白IV型的合成也有着卓越的功效。
玻色即玻色-爱因斯坦凝聚是玻色子原子在冷却到绝对零度附近时所呈现出的一种气态的、超流性的物态。1995年,麻省理工学院的沃夫冈・凯特利与科罗拉多大学鲍尔德分校的埃里克・阿林・康奈尔和卡尔・威曼使用气态的铷原子在170纳开尔文的低温下首次获得了玻色-爱因斯坦凝聚。在这种状态下,几乎全部原子都聚集到能量最低的量子态,形成一个宏观的量子状态。
玻_玻色 -理论
玻色子:光子-内图部结构模型图
所有原子的量子态都束聚于一个单一的量子态的状态被称为玻色凝聚或玻色-爱因斯坦凝聚。1920年代,萨特延德拉・纳特・玻色和阿尔伯特・爱因斯坦以玻色关于光子的统计力学研究为基础,对这个状态做了预言。2005年7月22日,乌得勒支大学的学生罗迪・玻因克在保罗・埃伦费斯特的个人档案中发现了1924年12月爱因斯坦手写的原文的草稿。玻色和爱因斯坦的研究的结果是遵守玻色-爱因斯坦统计的玻色气体。玻色-爱因斯坦统计是描写玻色子的统计分布的理论。玻色子,其中包括光子和氦-4之类的原子,可以分享同一量子态。爱因斯坦推测将玻色子冷却到非常低的温度后它们会“落入”(“凝聚”)到能量最低的可能量子态中,导致一种全新的相态。
一个单纯的三维的气体的临界温度为(气体处在的外部势能是恒定的):
其中:
Tc 临界温度
n 粒子密度
m 每个玻色子的质量
h普朗克常数
kB玻尔兹曼常数
ζ黎曼ζ函数:ζ(3 / 2) ≈ 2.6124.
玻_玻色 -发现
1938年,彼得・卡皮查、约翰・艾伦和冬・麦色纳(Don Misener)发现氦-4在降温到2.2开尔文时会成为一种叫做超流体的新的液体状态。超流的氦有许多非常不寻常的特征,比如它的黏度为零,其漩涡是量子化的。很快人们就认识到超液体的原因是玻色-爱因斯坦凝聚。事实上,康奈尔和威曼发现的气态的玻色-爱因斯坦凝聚呈现出许多超流体的特性。但一般氦-4不被看作是玻色-爱因斯坦凝聚,因为它是液态的,液态的原子之间的相互作用比较强,初始的玻色-爱因斯坦理论必须被强烈改变后才能用来描写超液体。
最早的“真正”的玻色-爱因斯坦凝聚是康奈尔和威曼及其助手在天体物理实验室联合研究所于1995年6月5日制造成功的。他们使用激光冷却和磁阱中的蒸发冷却将约2000个稀薄的气态的铷-87原子的温度降低到170nK后获得了玻色-爱因斯坦凝聚。四个月后,麻省理工学院的沃尔夫冈・克特勒使用钠-23独立地获得了玻色-爱因斯坦凝聚。凯特勒的凝聚较康奈尔和威曼的含有约100倍的原子,这样他可以用他的凝聚获得一些非常重要的结果,比如他可以观测两个不同凝聚之间的量子衍射。2001年康奈尔、威曼和凯特勒为他们的研究结果共享诺贝尔物理奖。
康奈尔、威曼和凯特勒的结果引起了许多试验项目。比如2003年11月因施布鲁克大学的鲁道尔夫・格里姆、科罗拉多大学鲍尔德分校的德波拉・金和凯特勒制造了第一个分子构成的玻色-爱因斯坦凝聚。
与一般人们遇到的其它相态相比玻色-爱因斯坦凝聚非常不稳定。与外界世界的极其微小的相互作用足以使它们加热到超出临界温度,分解为单一原子的状态。因此在近时内不太可能为它们找到什么实际应用。
玻_玻色 -用於降低光速
虽然玻色-爱因斯坦凝聚很难理解也很难制作,但它们也有许多非常有趣的特性。比如它们可以有异常高的光学密度差。一般来说凝聚的折射系数是非常小的因为它的密度比平常的固体要小得多。但使用激光可以改变玻色-爱因斯坦凝聚的原子状态,使它对一定的频率的系数骤增。这样光速在凝聚内的速度就会骤降,甚至降到数米每秒。
自转的玻色-爱因斯坦凝聚可以作为黑洞的模型,入射的光不会逃离。凝聚也可以用来“冻结”光,这样被“冻结”的光在凝聚分解时又会被释放出来。
玻_玻色 -S・N・玻色
S・N・玻色〈Satyendra Nath Bose,1894-1974〉印度物理学家。玻色1915年毕业于加尔各答大学物理系。学习期间,他成绩一直非常优秀,百分制的题目,老师常因为他独到的见解给他110分。毕业后,他来到现在属于孟加拉的城市达卡,在达卡大学任讲师。
玻色做学问非常专心,但对其他事不闻不问。一次大物理学家尼尔・玻尔去达卡大学讲演,玻色是主持人,坐在那儿听,不一会儿两眼就眯缝在一起,似睡非睡。玻尔讲着讲着“挂黑板”了,推不出一个式子,遂说:“玻色教授,你能不能帮个忙?”,这时大家转过头发现玻色的眼睛是闭着的,只见他不慌不忙地站了起来,在黑板上写了一些式子,把问题解决了。完了以后,他又坐回自己的座位上半眯着。
玻色基本上属于土生土长的科学家,做了这么多重要的工作,在西方如雷贯耳,但由于他行事低调,在印度还是不能得到承认,长期只是一个副教授。后来没有办法,他又给爱因斯坦写了一封信,问能不能给他写推荐信,帮助提升正教授。爱因斯坦非常惊讶,说你做了这么重要的事情,怎么还不是教授?爱因斯坦真诚的给他写了推荐信。
后来玻色当上了达卡大学的物理系主任。1945~1956年玻色回到加尔各答大学,1949~1950年出任印度国家科学院院长,1958年当选为英国皇家学会会员,1974年卒于加尔各答。
其突出贡献:玻色-爱因斯坦凝聚。
20世纪头20年,物理学界正在萌发量子力学的新兴学科。在黑体辐射和光电效应的研究中诞生了量子的概念,光的量子被称为光子。德国物理学家普朗克找到了一个经验公式,很好地符合了黑体辐射观测得到的曲线,但是他当时不能解释这一经验公式的物理含义。时光推到1924年,当时年仅30岁的玻色,接受了黑体辐射是光子理想气体的观点,他研究了“光子在各能级上的分布”问题,采用计数光子系统所有可能的各种微观状态统计方法,以不同于普朗克的方式推导出普朗克黑体辐射公式,证明了普朗克公式可以从爱因斯坦气体模型导出。兴奋之余,他写了一篇题为《普朗克准则和光量子假设》的文章投到英国的《哲学杂志》,但被拒绝了。不得已,他把那篇只有六页的论文寄给了爱因斯坦,期望爱因斯坦能理解他的发现。爱因斯坦立即意识到玻色工作的重要性,他亲自将文章翻译成了德文,帮助在《德国物理学报》发表了。之后,爱因斯坦把波色统计方法推广到静止质量不为零、粒子数不变的系统上,建立了量子统计学中波色―爱因斯坦统计。爱因斯坦将玻色的理论用于原子气体中,于1924和1925年发表了两篇文章,他推测到,在正常温度下,原子可以处于任何一个能级,但在非常低的温度下,大部分原子会突然跌落到最低的能级上,原来不同状态的原子突然“凝聚”到同一状态。后来物理界将这种现象称为玻色-爱因斯坦凝聚。
在波色之前,传统理论认为一个体系中所有的原子(或分子)都是可以辨别的,例如我们可以分辨氧原子、氢原子、碳原子。然而,玻色却挑战了上面的假定,认为在接近绝对零度的条件下,原子尺度上我们根本不可能区分不同的原子――所有的原子似乎都变成了同一个原子。原子会跌落到最低的能级上,就好像一座突然坍塌的大楼一样。处于这种状态的大量原子的行为像一个大超级原子,再也分不出你我他了!这就是物质第五态――玻色-爱因斯坦凝聚态。
然而,实现玻-爱凝聚态的条件极为苛刻和矛盾:一方面需要达到极低的温度,另一方面还需要原子体系处于气体状态。后来物理学家创造出了稀薄的金属原子气体,这种金属原子气体有一个很好的特性:不会因制冷出现液态,更不会高度聚集形成常规的固体。后来,又由于激光冷却技术的发展,人们可以制造出与绝对零度仅仅相差十亿分之一度的低温,并且利用电磁操纵的磁阱技术可以对任意金属物体实行无触移动。这样的实验系统经过不断改进,终于在玻色―爱因斯坦凝聚理论提出71年之后的1995年6月,两名美国科学家康奈尔、维曼以及德国科学家克特勒分别在铷原子蒸气中第一次直接观测到了玻爱凝聚态。这三位科学家也因此而荣膺2001年度诺贝尔物理学奖。