Квантовая физика и термодинамика

Квантовая термодинамика - это современная отрасль науки, которая включает в себя интеграцию концепций и законов квантовой физики и термодинамики. По сути, то, что он делает, - это объясняет термодинамические перспективы различных систем на квантовом уровне.

Термодинамике, науке о теплоте и энтропии, много веков, и в учебниках все еще преподаются законы термодинамики, которые были первоначально предложены в 19 и 20 веках. Однако за эти два столетия физика добилась огромного прогресса, и физики приложили похвальные усилия для понимания и применения основных законов физики в практических приложениях. Они занимают видное место в области электронных устройств и нанотехнологий.

Теперь преобладающий вопрос заключается в том, справедливы ли те же законы термодинамики, которые применимы к крупномасштабным системам, для наночастиц или необходимо сформулировать новый набор законов. Эти вопросы обсуждались на Пятой конференции по квантовой термодинамике, которая недавно состоялась в Оксфорде, Великобритания.

Давиде Кастельвекки недавно опубликовал в Nature статью на ту же тему. В статье подчеркивается, что законы термодинамики во многих случаях "парадоксальны", особенно второй закон термодинамики. Второй закон гласит, что общая энтропия изолированных систем может только увеличиваться, а увеличение энтропии или возникновение беспорядка необратимо по своей природе. Это противоречит законам механики, согласно которым "все процессы можно обратить вспять".

Некоторые другие физики считают, что модель статистической механики помогает в вычислении тепла и энтропии систем. Однако полученные значения в значительной степени зависят от информации, имеющейся у исследователей, и применяемого подхода. Кроме того, также было предложено, чтобы субатомные квантовые системы достигали равновесия, и способность субатомных частиц оставаться в квантовом состоянии может быть использована для выполнения механической работы.

С другой стороны, третий закон термодинамики гласит, что энтропия системы при абсолютном нуле равна нулю, т. Е. Практически невозможно охладить объект до абсолютного нуля. В этом месяце журнал "Nature Communications" опубликовал еще одну статью, в которой объяснялась квантовая механика в связи с третьим законом.

В статье, написанной Луисом Масанесом и Джонатаном Оппенгеймом из Университетского колледжа Лондона, предлагается, чтобы скорость отвода тепла от объекта определялась законами квантовой механики. Расчеты, сделанные авторами, показали, что для достижения температуры абсолютного нуля объекту потребуется бесконечность. Таким образом, статья обосновала третий закон термодинамики на квантовом уровне.

Очевидно, что физики разделились в своих представлениях о квантовой термодинамике и ее применимости. Несмотря на то, что эта область полна противоречий, она развивается беспрецедентными темпами, и скоро будут реализованы ее практические применения в реальном времени.