玻色氣體

玻色氣體（英語：Bose gas）是一個經典的理想氣體的量子力學模型。其概念相似於費米氣體。

基本介紹

• 中文名：玻色氣體
• 外文名：Bose gas
• 相關術語：費米氣體
• 定義：經典的理想氣體的量子力學模型
• 學科：量子力學
• 領域：量子力學

定義

玻色氣體（英語：Bose gas）是一個經典的理想氣體的量子力學模型。其概念相似於費米氣體。

結合薩特延德拉·玻色和愛因斯坦共同提出的理想的玻色氣體，指的是在足夠低的溫度下〈接近0K〉一群玻色子會形成所謂的固化物。但這樣的行為和經典的理想氣體不同。而固化物的形成即所認知的玻色–愛因斯坦凝聚。

發展簡史

玻色子具有整數自旋，並遵守玻色-愛因斯坦統計。薩特延德拉·納特·玻色闡明了光子的表現，並為統計力學遵從量子規則的微系統提供了機會，1924年寫了一篇推導普朗克量子輻射定律的論文寄給當時在德國的愛因斯坦，愛因斯坦意識到這篇論文的重要性，並將其擴展到不同的經典理想氣體的巨觀粒子，不但親自把它翻譯成德語，還以玻色的名義把論文遞予名望頗高的《德國物理學刊》（"Zeitschrift für Physik"）發表。

費米氣體

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在物理學中，費米氣體（Fermi gas），又稱為自由電子氣體（free electron gas）、費米原子氣體，是一個量子統計力學中的理想模型，指的是一群不相互作用的費米子。

費米氣體是理想氣體的量子力學版本。在金屬內的電子、在半導體內的電子或在中子星里的中子，都可以被視為近似於費米氣體。處於熱力平衡的費米氣體裡，費米子的能量分布，是由它們的數目密度（number density）、溫度、與尚存在能量量子態集合，依照費米-狄拉克統計的方程而表征。泡利不相容原理闡明，不允許兩個或兩個以上的費米子占用同一個量子態。因此，在絕對零度，費米氣體的總能量大於費米子數量與單獨粒子基態能量的乘積，並且，費米氣體的壓力，稱為“簡併壓力”，不等於零。這與經典理想氣體的現象有很明顯的不同。簡併壓力使得中子星或白矮星能夠抵抗萬有引力的壓縮，因而得到穩定平衡，不致向內爆塌。

在低溫下，玻色原子氣體可以形成玻色-愛因斯坦凝聚（Bose-Einstein condensation, BEC），這是由愛因斯坦在1925年的理論而預言的。費米子由於泡利不相容原理，不能形成BEC。但可通過Feshbach共振，利用磁場調節費米原子間的相互作用，使費米子配對轉變成玻色型粒子而形成BEC。