簡併態物質
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簡併態物質[1][2]在物理是一種自由的集團、非互動的顆粒,由量子力學的效應決定它的壓力和其它物理特徵。它類比於古典力學中的理想氣體,但簡併態物質是離經叛道的理想氣體,它有極高的密度(在緻密星),或存在於實驗室的極低溫度下[3][4]。它一般發生在諸如電子、中子、質子和費米子等物質粒子,分別被稱為電子簡併物質、中子簡併物質、等等。在混合的粒子,像是在白矮星或金屬內的離子和電子,電子可能成簡併態,而離子不是。
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以量子力學描述,自由粒子的體積受限於一定的體積內,可以是一組不連續的能量,稱為量子態。包立不相容原理限制了相同的費米子不能佔據相同的量子狀態。最低的總能量(當粒子的熱能量可以忽略不計)是所有最低能量的量子狀態都被填滿,這種狀態稱為完全簡併。這種壓力(稱為簡併壓力或費米壓力)即使在絕對零度時依然不為零[3][4]。增加粒子或是壓縮體積都會強迫粒子進入能階的量子狀態。這需要一個壓縮力,並表現為抗壓力。主要特徵是這種簡併壓力並不取決於溫度,而只和費米子的密度有關。它使高密度星的平衡狀態與恆星的熱結構無關。
簡併態物質也稱為費米氣體或簡併氣體,而速度接近光速的費米子(其粒子能量大於靜止質量能量)的簡併態稱為相對論性簡併態物質。
拉爾夫·福勒在1926年首度描述離子和電子混合的簡併態物質[5],觀測顯示白矮星的電子是在高密度的狀態(遵守費米-狄拉克統計,尚未使用到簡併態這個術語),其壓力高於離子的粒子壓力。