『壹』 對一個二能級系統，當溫度無限高時，兩個能級的粒子分布數n1/n2有什麼樣的關系
1.線速度V＝s/t＝2πr/T
2.角速度ω＝Φ/t＝2π/T＝2πf
3.向心加速度a＝V2/r＝ω2r＝(2π/T)2r
4.向心力F心＝mV2/r＝mω2r＝mr(2π/T)2＝mωv=F合
5.周期與頻率：T＝1/f
6.角速度與線速度的關系：V＝ωr
7.角速度與轉速的關系ω＝2πn(此處頻率與轉速意義相同)
8.主要物理量及單位：弧長(s):米(m)；角度(Φ)：弧度（rad）；頻率（f）：赫（Hz）；周期（T）：秒（s）；轉速（n）：r/s；半徑(r):米（m）；線速度（V）：m/s；角速度（ω）：rad/s；向心加速度：m/s2。
註：
（1）向心力可以由某個具體力提供，也可以由合力提供，還可以由分力提供，方向始終與速度方向垂直，指向圓心；
（2）做勻速圓周運動的物體，其向心力等於合力，並且向心力只改變速度的方向，不改變速度的大小，因此物體的動能保持不變，向心力不做功，但動量不斷改變。
3)萬有引力
1.開普勒第三定律：T2/R3＝K(＝4π2/GM)｛R:軌道半徑，T:周期，K:常量(與行星質量無關，取決於中心天體的質量)｝
2.萬有引力定律：F＝Gm1m2/r2
（G＝6.67×10-11N•m2/kg2，方向在它們的連線上）
3.天體上的重力和重力加速度：GMm/R2＝mg；g＝GM/R2
｛R:天體半徑(m)，M：天體質量（kg）｝
4.衛星繞行速度、角速度、周期：V＝(GM/r)1/2；ω＝(GM/r3)1/2；T＝2π(r3/GM)1/2｛M：中心天體質量｝
5.第一(二、三)宇宙速粗橋察度V1＝(g地r地)1/2＝(GM/r地消枯)1/2＝7.9km/s；V2＝11.2km/s；V3＝16.7km/s
6.地球同步衛星GMm/(r地+h)2＝m4π2(r地+h)/T2｛h≈36000km，h:距地球表面的高度，r地:地球的半徑｝
注:
(1)天體運動所需的向心力由萬有引力提供,F向＝F萬；
(2)應用萬有引力定律可估算天體的質量密度等；
(3)地球同步衛星只能運行於赤道上空，運行周期和地球自轉周期相同；
(4)衛星軌道半徑變小時,勢能變小、動能變大、速度變大、周期變小（一岩茄同三反）；
(5)地球衛星的最大環繞速度和最小發射速度均為7.9km/s。
『貳』 激光從業者請進：為何二能級系統不能實現粒子數反轉
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『叄』 二能級系統能不能產生激光，為什麼
能級間不能實現粒子數的反轉
『肆』 激光是怎樣產生的是因匯聚聲波而產生的嗎
激光是怎樣產生的？在一個原子體系中，總有些原子處於高能級，有些處於低能級。而自發輻射產生的光子既可以去刺激高能級的原子使它產生受激輻射，也可能被低能級的原子吸收而造成受激吸收。因此，在光和原子體系的相互作用中，自發輻射、受激輻射和受激吸收總是同時存在的。 如果想獲得越來越強的光，也就春譽是說產生越來越多的光子，就必須要使受激輻射產生的光子多於受激吸收所吸收的光子。怎樣才能做到這一點呢？我們知道，光子對於高低能級的光子是一視同仁的。在光子作用下，高能級原子產生受激輻射的機會和低能級的原子產生受激吸收的機會是相同的。這樣，是否能得到光的放大就取決於高、低能級的原子數量之比。若位於高能級的原子遠遠多於位於低能級的原子，我們就得到被高度放大的光。但是，在通常熱平衡的原子體系中，原子數目按能級的分布服從玻爾茲仿缺曼分布率。因此，位於高能級的原子數總是少於低能級的原子數。在這種情況下，為了得到光的放大，必須到非熱平衡的體系中去尋找。 所謂非熱平衡體系，是指熱運動並沒有達到平衡、整個體系不存在一個恆定溫度的原子體系。這種體系的原子數目按能級的分布不服從玻爾茲曼分布率，位於高能級上的原子數目有可能大於位於低能級上的原子數目。備森辯這種狀態稱為「粒子數反轉」。如何才能達到粒子數反轉狀態呢?這需要利用激活媒質。所謂激活媒質(也稱為放大媒質或放大介質），就是可以使某兩個能級間呈現粒子數反轉的物質。它可以是氣體，也可以是固體或液體。用二能級的系統來做激活媒質實現粒子數反轉是不可能的。要想獲得粒子數反轉，必須使用多能級系統。 在現代的激光器中，第一台激光器紅寶石激光器是三能級系統，也有一些激光器採用了四能級系統，如釹玻璃激光器。
『伍』 為什麼二能級系統不能產生激光
不能實現粒子數翻轉
『陸』 首個時間晶體二能級系統，將帶來更好的量子計算機
量子計算有潛力解決當今經典計算機無法解決的現實問題。然而不幸的是，它很脆弱。主要受到一種叫做「退相干」的東西影響，這很像熵。時間晶體或許能夠解決這一問題。
2018年5月，芬蘭阿爾託大學的研究表明，時間晶體可能是製造量子計算機的關鍵。通過自振盪過程，時間晶體在自身內部交換電子，而不使用能量，這使得離子無論經過多少時間都能夠保持相干。2020年8月，在《自然·材料》雜志發表的一篇論文中，研究人員首次觀察到了時間晶體的相互作用。
現在，物理學家創造了有史以來第一個時間晶體二能級(two-level)系統。
英國蘭卡斯特大學物理學家Samuli Autti領導的國際研究團隊成功在超流體內部製造出兩個時間晶體 ，並使它們相互接觸，製造出了一個遵循量子規則的耦合系統，為使用時間晶體作為量子比特運行的量子計算機奠定了基礎。
該研究成果以《量子時間晶體的非線性二能級動力學》為題於6月2日發表在《自然·通訊》雜志上[1]。
長期以來，人們一直認為時間晶體並不可能實現——因為它們是由運動永無止境的「原子」製成的。
時間晶體是普通晶體的時間模擬物。
時間晶體與普通晶體相似，因為它們基於重復的原子結構；但是時間晶體的「原子」行為卻略有不同：它們在時間上表現出運動的模式，而這種模式不能輕易地用外力來解釋，這些振盪被鎖定在有規律和特定的頻率。從理論上講，時間晶體以盡可能低的能量狀態振盪，因此在很長一段時間內是穩定且相乾的；因此，當時間晶體在空間和時間中重復時，會表現出永久的基態運動。
2012年，諾貝爾獎獲得者Frank Wilczek首次提出「時間晶體」這一理論。他提出，即使在最低能量下，原子也可能隨著時間的推移而變化，就像超導體在技術上可以在最低能量狀態下攜帶電流一樣。這意味著從理論上講，它們可以在沒有能量源的情況下永遠重復，像一台「永動機」；但是卜凳根據熱力學定律，這種裝置是不可能的。
Frank Wilczek
自Wilczek的預測以來，許多研究人員進行了實驗，表明原子的行為方式可能有資格成為時間晶體。
2016年，馬里蘭大學、哈佛大學團隊使用了加州大學伯克利分校研究人員提出的方法，正式發現和確認了時間晶體[2]：盡管沒有外部輸入，但這些晶體在時間上呈現出恆定、重復運動的特性，它們的原子不斷地振盪、旋轉，或者首先向一個方向移動，然後再向另一個方向移動。
2020年，首次實現了兩個量子時間晶體的相互作用，並表明時間晶體遵循量子力學規則[3]。
此次研究成果意義重大：這是第一次，孤立的粒子群表現為時間晶體的奇異物質狀態，並連接到一個單一的、不斷發展的系統，這是將時間晶體用於實際目的的下一步，例如量子信息處理。
「每個人都知道永動機是不可能的，」Samuli Autti說，「然而，在量子物理學中，只要我們閉上眼睛，永動機是可以的。通過潛入這個縫隙，我們可以製造時間晶體。」
該團隊使用的時間晶體由稱為「磁振子」（magnon）的准粒子組成：磁振子不是真正的粒子，而是由電子自旋的集體激發組禪亂成，就像通過自旋晶格傳播的波一樣。當氦-3（一種具有兩個質子但只有一個中子的氦的穩定同位素）冷卻到絕對零度的萬分之一以內時，就會出現磁振子——這就產生了「B相超流體」（B-phase superfluid，一種具有低壓的無黏性流體）。
實驗示意圖。超流體氦-3樣品被裝在一個石英玻璃缸中。磁振子時間晶體（藍色圓球）被困於容器中間，這是由於使用線圈（pinch coil，綠色線環）產生的靜態磁場的最小值和超流體軌道動量L（綠色小箭頭）的空間分布共同作用的結果；使用線圈（NMR coil）可以觀察到時間賀弊檔晶體中磁化M（粉紅色錐體）的相干預演；靜態磁場H的方向與圓柱體的軸線平行。
在B相超流體這種介質中，時間晶體形成為空間上不同的玻色-愛因斯坦凝聚態（由玻色子冷卻到絕對零度以上形成），每個凝聚態由一萬億個磁振子准粒子組成。
這導致它們沉入最低能量狀態，移動得非常緩慢並且聚集在一起甚至重疊產生高密度的原子雲，其作用類似於一個「超級原子」或物質波。當兩個時間晶體被允許相互接觸時，它們交換了磁振子。這種交換影響了每個時間晶體的振盪，創建了一個單一的系統，時間晶體可以選擇在兩種離散狀態下運行。
a.L的分布（綠色箭頭）將磁振子限制在兩個局部最小點，承載兩個相鄰的時間晶體：一個在超流體的主體（藍色圓球），另一個接觸自由表面（紅色圓球）。在每個時間晶體中，磁化是相乾的且與測量電路相耦合；b.磁振子改變了L分布所產生的約束陷阱，這增加了各狀態之間的耦合；c.兩級系統的狀態（紅色箭頭）可以用一個布洛赫球來說明，其中徑向距離對應於磁子數NB+NS，時間晶體的預演之間的相對相位對應於方位角j，極性角θ描述了「疊加」中兩級基礎狀態的相對權重。
量子物理學中，在被明確的測量固定下來之前，物體可以具有多個狀態，並存在於這些狀態的混合中。 因此，讓時間晶體在雙態系統中工作，為量子技術提供了豐富的新選擇。
「事實證明，將兩個時間晶體放在一起效果很好，」Samuli Autti博士解釋說[4]。
量子計算機的基本構建塊被稱為「二能級系統」——一個存在於兩個獨立量子態疊加的量子系統。這正是此次研究人員所構建的，「在我們的實驗中，由自旋波准粒子組成的兩個耦合時間晶體……形成一個宏觀的兩級系統。」該論文解釋說。
「這兩個能級隨著時間而演變，本質上是由非線性反饋決定的，使我們能夠構建自發的二能級動力學。 磁振子時間晶體允許在一次實驗中了解量子相干相互作用的各個方面和細節，因此這種二能級系統的發現可能提供一種製造量子計算機的方法，而且可以在無需冷卻的環境下工作。 」
參考鏈接：
[1]https://www.nature.com/articles/s41467-022-30783-w
[2]https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.118.030401
[3]https://www.nature.com/articles/s41563-020-0780-y
[4]https://www.iflscience.com/physics/impossible-time-crystal-system-could-hold-secret-to-quantum-computing-revolution/
『柒』 如何實現粒子數反轉
粒子數反轉的粒子數反轉基礎原理
高能態粒子數大於族山低能態粒子數的非熱平衡狀態。在熱平衡狀態下，粒子數按能態的分布遵循玻耳茲曼分布律：N₂/N₁ =g₂/g₁·exp[-(E2-E1)/kT]式中k為玻耳茲曼常數，N2、g2和N1、g1分別為高能態E2和低能態E1的粒子數和統計權重。由於E2>E1，T>0，故N1>N2 ，即高能態上的粒子總少於低能態上的粒子數。於是原子系統的受激吸收過程總占優勢。原子系統單位時間內從輻射場所吸收的光子數總是多於受激發射產生的光子數。如果採用適當的激勵，破壞熱平衡狀態，使高能態粒子數多於低能態粒子數，即Δ=N2-N1>0，就說實現了粒子數反轉，Δ稱反轉粒子數。粒子早穗簡數反轉是相對於熱平衡分布而言的。當體系處於粒子數反轉狀態時，受激輻射光子數多於被吸收的光子數，因此對光子數具有放大作用。一個激光器要實現激光運轉，粒子數反轉是必要條件之一。從Δ>0可知，體系處於粒子數反轉狀態時，體系的溫度T<0，因而說體系處於負溫度狀態。這是形式上的一種說法。實際上，在熱平衡狀態下，T不能取負值。但是體系處於粒子數反轉狀態時，它並不處於熱平衡狀態。
激光工作物質為什麼可以實現粒子數反轉
這是激光工作物質的一種屬性。
低能級的粒子經過泵浦激勵以一定的速率躍遷到高能級；躍遷到高能級的粒子經過熱弛豫及自發輻射再回到低能級。當粒子激勵向上躍遷的速率大於高能級粒子向下躍遷的速率，在高能級上的粒子越來越多，低能級的粒子越來越少，這樣就形成了粒子數反轉。
講的比較通俗，希望能幫到你！
什麼是粒子反轉數
在通常情況下，處於低能級E1的原子數大於處於高能級E2的原子數，這種情況得不到激光。為了得到激光，就必須使高能級E2上的原子數目大於低能級E1上的原子數目，因為E2上的原子多，發生受激輻射，使光增強（也叫做光放大）。為了達到這個目的，必須設法把處於基態的原子大量激發到亞穩態E貳，處於高能級E2的原子數就可以大大超過處於低能級E1的原子數。這樣就在能級E2和E1之間實現了粒子數的反轉。在工作物質處於諧振腔內時，只要有能量為hν＝E2－E1的光子能引起腔內諧振，就可以得到激光。實現粒子數反轉的工作物質是製造激光器所不能缺少的。例如，氦氖激光器中，通過氦原子的協助，使氖原子中的兩個能級實現粒子數反轉而獲得激光。
在職讀碩，有意思嗎？ 5分
主要看你的精力，如果沒什麼事，工作生活壓力都不大，那你就可以在職攻讀陸褲，如果你覺得現在的工作生活已經讓你疲於奔命了那我想你還是考慮清楚到底是要錠作還是要學習！
粒子數反轉是反向旋轉嗎？
不是
是兩個數量顛倒的意思
為什麼二能級系統不能實現粒子數反轉？
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激光器中實現粒子數反轉的條件是
1，激光物質亞穩態時間夠長；2，泵浦源功率夠大；3，泵浦效率夠高攻激光物質在亞穩態時間內吸收的能量夠大）。
『捌』 在激光原理中,三能級系統與二能級的區別
能不能產生激光的區別。在激光原理中，三伍世能級系統能產生激光，二能級的不能產生激光，所以區別是能不能產生激光。激光是光與物質的相互作用，實質上是組成物腔纖肢質的微觀粒子吸收或輻射光子，同時改變自身運動狀豎銷況的表現。
『玖』 二能級系統與三能級系統區別
二能級系統與三能級系稿蘆統區別是二能級系統不能產生激光。
1、雙能級系統是指如賀敬告果激光器運轉過程中有關的能級只有兩個，用有效的激勵手段把處於下能級E1的原子盡可能多地抽運到上能級E2。激光產生需要機械強大的，二能級系統不能產生激光的原因主要是激光噴射所產生的機械無法滿足。
2、三能級系統需要較高的閾值反轉粒子數，三能級系統是共享下能級的。所以激光上能級的離子數要很大。而四能急系禪明統由於下能級很快抽空，只要很少粒子數就可以實現集聚數反轉。
『拾』 微觀粒子的能級是什麼
微觀粒子不同於宏觀物質，它的能量只能取一些不連續的值，而不能取這些值的中間值。粒子處於這些不同的能量，埋鉛就叫「能級」，可以理解成「能量級別」。粒子可以處於第一能級，也可以處於第二能級，但是不會處於兩個能級之間。
而躍遷，是指粒子廳茄吸收或者釋放能量，由一種狀態變成另一種狀態。也就是從一個能級，變化到另一個能級。
躍遷這個詞很形象，粒子的能量變化不像人爬樓梯。人可以在一樓，可以在二樓，也可以正在從一樓向扮液察二樓爬。但是粒子不能。粒子從第一能級突然就到了第二能級，而不會經歷中間「慢慢爬」的過程。