简并态物质
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简并态物质[1][2]在物理是一种自由的集团、非互动的颗粒,由量子力学的效应决定它的压力和其它物理特征。它类比于古典力学中的理想气体,但简并态物质是离经叛道的理想气体,它有极高的密度(在致密星),或存在于实验室的极低温度下[3][4]。它一般发生在诸如电子、中子、质子和费米子等物质粒子,分别被称为电子简并物质、中子简并物质、等等。在混合的粒子,像是在白矮星或金属内的离子和电子,电子可能成简并态,而离子不是。
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以量子力学描述,自由粒子的体积受限于一定的体积内,可以是一组不连续的能量,称为量子态。泡利不相容原理限制了相同的费米子不能占据相同的量子状态。最低的总能量(当粒子的热能量可以忽略不计)是所有最低能量的量子状态都被填满,这种状态称为完全简并。这种压力(称为简并压力或费米压力)即使在绝对零度时依然不为零[3][4]。增加粒子或是压缩体积都会强迫粒子进入能阶的量子状态。这需要一个压缩力,并表现为抗压力。主要特征是这种简并压力并不取决于温度,而只和费米子的密度有关。它使高密度星的平衡状态与恒星的热结构无关。
简并态物质也称为费米气体或简并气体,而速度接近光速的费米子(其粒子能量大于静止质量能量)的简并态称为相对论性简并态物质。
拉尔夫·福勒在1926年首度描述离子和电子混合的简并态物质[5],观测显示白矮星的电子是在高密度的状态(遵守费米-狄拉克统计,尚未使用到简并态这个术语),其压力高于离子的粒子压力。