成功逆转“热力学时间箭头”方向!让热从冷物体流向热物体!

国内新闻 阅读(1162)

热从热的物体流向冷的物体。当热体和冷体接触时,它们交换热能,直到达到热平衡,热体冷却,冷体加热。这是我们所经历的一种自然现象。热力学第二定律解释了这一现象,该定律指出,孤立系统的总熵总是随着时间的推移而增加,直到达到最大值。

熵是系统无序程度的定量度量。孤立系统自发地发展为一个日益无序的状态,缺乏分化。

巴西物理研究中心(CBPF)和ABC联邦大学(UFABC)的研究人员以及巴西和其他地方的其他机构进行的一项实验表明,量子关联影响热接触各个部分的熵分布,从而逆转了热接触的熵分布。-称为“热力学时间箭头”的方向。换言之,热量可以自发地从冷物体流到热物体,而无需像家用冰箱一样将能量输入过程。该研究发表在[0x9A8b]上,并从理论角度描述了该实验。该研究的第一作者Kaonan Micadei在Roberto Serra教授的指导下完成了他的博士学位。

塞拉也是作者之一,由FAPESP通过巴西国家量子信息科学技术研究所资助。FAPESP还向圣保罗大学(IF-USP)物理研究所的另一位合著者兼教授Gabriel Teixeira Landi提供了两项与该项目相关的研究资助。相关性可以说是表示不同系统之间共享的信息。在经典物理描述的宏观世界中,外加的外部能量可以使系统中的热量反向流动,导致系统从冷到热流动,例如,这是在普通冰箱中。中间发生了什么。

可以说,在纳米实验中,量子相关产生类似于能量增加的效果。在不违反热力学第二定律的情况下改变流动方向。相反,如果在描述传热时考虑信息理论的要素,你会发现第二定律的一般形式,并证明量子关联在这个过程中的作用。使用用碳13同位素标记的氯仿分子(氢原子,碳原子和三个氯原子)的样品进行实验。将样品稀释在溶液中并使用核磁共振光谱仪进行研究。核磁共振谱仪类似于医院中使用的核磁共振扫描仪,但磁场强度更大。

研究了氢原子和碳原子自旋的温度变化。氯原子在实验中没有任何物质。每个核的旋转放置在不同温度下,射频脉冲,一个在较低温度,另一个在较高温度。温差很小,约为开尔文的几十亿分之一,但现在有了技术,量子系统可以非常精确地进行操作和测量。在这种情况下,研究人员测量了核产生的RF波动。该研究探讨了两种情况:在一种情况下,氢原子核和碳原子核最初是不相关的,而在另一种情况下,它们最初是量子相关的。

在第一种情况下,核是不相关的,并且观察到热量沿着通常的方向流动,从热到冷,直到两个核处于相同的温度。在第二种情况下,当核开始相关时,观察到热量沿相反方向流动,从冷到热。此效果持续几千分之一秒,直到消耗初始关联。该结果最显着的方面是量子冷却过程,其中外部能量的增加(如用于冰箱和空调以冷却特定环境)可以相互关联。替换,即对象之间的信息交换。

信息可用于改变热量流入的方向,换句话说,减少局部熵。这种观点出现在19世纪中期的经典物理学中,远远早于信息理论的发明。这是James Clark Maxwell的一次思想实验,他创造了着名的经典电磁方程。在这个引发激烈辩论的思想实验中,伟大的苏格兰物理学家说,如果有办法知道每个气体分子的速度并在微观尺度上操纵所有分子,那么这种存在可以将它们分成两个接受者。

比平均速度快的分子放置在一个接收器的加热室中,并且比平均速度慢的分子放置在另一个接收器的冷室中。以这种方式,由于较快和较慢分子的混合,最初处于热平衡的气体将演变成较小的熵状态。麦克斯韦希望通过实验证明热力学第二定律只是统计学的。他提出的存在可以干涉分子或原子尺度的物质世界,称为“麦克斯韦恶魔”。这是麦克斯韦的小说来表达他的观点。然而,现在对原子甚至更小的尺度进行操作是可行的,因此通常的期望会发生变化。

这项研究实验是一个证明。当然,没有麦克斯韦思想实验的副本,但它产生了类似的结果。当我们谈论信息时,它意味着不是无形的东西,信息需要物理基础,记忆。如果要从闪存驱动器中移除1位存储器,则必须花费10,000倍于由玻尔兹曼常数乘以绝对温度组成的最低能量。消除信息所需的最小能量称为Landauer原理。

这解释了为什么擦除信息会产生热量,例如消耗大量热量的笔记本电脑。研究人员已经观察到量子相关中的信息可用于工作,在这种情况下,热量从较冷的物体传递到较热的物体而不消耗外部能量。比特可以用来量化两个系统之间的相关性,量子力学和信息理论之间的联系创造了所谓的量子信息学。从实际的角度来看,研究的效果有一天可以用来冷却量子计算机处理器的一部分。

博科公园

2019.08.09 15: 45

字数1830

热量从热物体流向冷物体。当热体和冷体接触时,它们交换热能直到达到热平衡,热体冷却,冷体加热。这是我们一直在经历的自然现象。热力学第二定律解释了这种现象,它表明孤立系统的总熵总是随着时间的推移而增加,直到达到最大值。

熵是系统无序程度的定量测量。分离的系统自发地发展成越来越无序的状态并且缺乏分化。

巴西物理研究中心(CBPF)和ABC联邦大学(UFABC)的研究人员以及巴西和其他地方的其他研究机构进行的实验表明,量子相关性会影响热接触各部分的熵分布,从而扭转了称为“热力学时间箭头”的方向。换句话说,热量可以自发地从冷物体流到热物体,而不需要像家用冰箱那样将能量投入到过程中。该研究发表在《自然通讯》上,并从理论角度对该实验进行了描述。该研究的第一作者Kaonan Micadei完成了他的博士学位。在Roberto Serra教授的指导下。

Serra也是作者之一,由FAPESP通过巴西国家量子信息科学与技术研究所资助。 FAPESP还向圣保罗大学物理研究所(IF-USP)的另一位共同作者和教授Gabriel Teixeira Landi提供了与该项目有关的两项研究经费。可以说相关性代表不同系统之间共享的信息。在经典物理描述的宏观世界中,外部能量的增加可以逆转系统中的热量流动,导致系统从冷到热流动,例如,这在普通冰箱中。中间发生了什么。

可以说,在纳米实验中,量子相关产生类似于能量增加的效果。在不违反热力学第二定律的情况下改变流动方向。相反,如果在描述传热时考虑信息理论的要素,你会发现第二定律的一般形式,并证明量子关联在这个过程中的作用。使用用碳13同位素标记的氯仿分子(氢原子,碳原子和三个氯原子)的样品进行实验。将样品稀释在溶液中并使用核磁共振光谱仪进行研究。核磁共振谱仪类似于医院中使用的核磁共振扫描仪,但磁场强度更大。

研究了氢原子和碳原子自旋的温度变化。氯原子在实验中没有任何物质。每个核的旋转放置在不同温度下,射频脉冲,一个在较低温度,另一个在较高温度。温差很小,约为开尔文的几十亿分之一,但现在有了技术,量子系统可以非常精确地进行操作和测量。在这种情况下,研究人员测量了核产生的RF波动。该研究探讨了两种情况:在一种情况下,氢原子核和碳原子核最初是不相关的,而在另一种情况下,它们最初是量子相关的。

在第一种情况下,核是不相关的,并且观察到热量沿着通常的方向流动,从热到冷,直到两个核处于相同的温度。在第二种情况下,当核开始相关时,观察到热量沿相反方向流动,从冷到热。此效果持续几千分之一秒,直到消耗初始关联。该结果最显着的方面是量子冷却过程,其中外部能量的增加(如用于冰箱和空调以冷却特定环境)可以相互关联。替换,即对象之间的信息交换。

信息可用于改变热量流入的方向,换句话说,减少局部熵。这种观点出现在19世纪中期的经典物理学中,远远早于信息理论的发明。这是James Clark Maxwell的一次思想实验,他创造了着名的经典电磁方程。在这个引发激烈辩论的思想实验中,伟大的苏格兰物理学家说,如果有办法知道每个气体分子的速度并在微观尺度上操纵所有分子,那么这种存在可以将它们分成两个接受者。

比平均速度快的分子放置在一个接收器的加热室中,并且比平均速度慢的分子放置在另一个接收器的冷室中。以这种方式,由于较快和较慢分子的混合,最初处于热平衡的气体将演变成较小的熵状态。麦克斯韦希望通过实验证明热力学第二定律只是统计学的。他提出的存在可以干涉分子或原子尺度的物质世界,称为“麦克斯韦恶魔”。这是麦克斯韦的小说来表达他的观点。然而,现在对原子甚至更小的尺度进行操作是可行的,因此通常的期望会发生变化。

这项研究实验是一个证明。当然,没有麦克斯韦思想实验的副本,但它产生了类似的结果。当我们谈论信息时,它意味着不是无形的东西,信息需要物理基础,记忆。如果要从闪存驱动器中移除1位存储器,则必须花费10,000倍于由玻尔兹曼常数乘以绝对温度组成的最低能量。消除信息所需的最小能量称为Landauer原理。

这解释了为什么擦除信息会产生热量,例如消耗大量热量的笔记本电脑。研究人员已经观察到量子相关中的信息可用于工作,在这种情况下,热量从较冷的物体传递到较热的物体而不消耗外部能量。比特可以用来量化两个系统之间的相关性,量子力学和信息理论之间的联系创造了所谓的量子信息学。从实际的角度来看,研究的效果有一天可以用来冷却量子计算机处理器的一部分。

热量从热物体流向冷物体。当热体和冷体接触时,它们交换热能直到达到热平衡,热体冷却,冷体加热。这是我们一直在经历的自然现象。热力学第二定律解释了这种现象,它表明孤立系统的总熵总是随着时间的推移而增加,直到达到最大值。

熵是系统无序程度的定量测量。分离的系统自发地发展成越来越无序的状态并且缺乏分化。

巴西物理研究中心(CBPF)和ABC联邦大学(UFABC)的研究人员以及巴西和其他地方的其他研究机构进行的实验表明,量子相关性会影响热接触各部分的熵分布,从而扭转了称为“热力学时间箭头”的方向。换句话说,热量可以自发地从冷物体流到热物体,而不需要像家用冰箱那样将能量投入到过程中。该研究发表在《自然通讯》上,并从理论角度对该实验进行了描述。该研究的第一作者Kaonan Micadei完成了他的博士学位。在Roberto Serra教授的指导下。

Serra也是作者之一,由FAPESP通过巴西国家量子信息科学与技术研究所资助。 FAPESP还向圣保罗大学物理研究所(IF-USP)的另一位共同作者和教授Gabriel Teixeira Landi提供了与该项目有关的两项研究经费。可以说相关性代表不同系统之间共享的信息。在经典物理描述的宏观世界中,外部能量的增加可以逆转系统中的热量流动,导致系统从冷到热流动,例如,这在普通冰箱中。中间发生了什么。

可以说,在纳米实验中,量子相关产生类似于能量增加的效果。在不违反热力学第二定律的情况下改变流动方向。相反,如果在描述传热时考虑信息理论的要素,你会发现第二定律的一般形式,并证明量子关联在这个过程中的作用。使用用碳13同位素标记的氯仿分子(氢原子,碳原子和三个氯原子)的样品进行实验。将样品稀释在溶液中并使用核磁共振光谱仪进行研究。核磁共振谱仪类似于医院中使用的核磁共振扫描仪,但磁场强度更大。

研究了氢原子和碳原子自旋的温度变化。氯原子在实验中没有任何物质。每个核的旋转放置在不同温度下,射频脉冲,一个在较低温度,另一个在较高温度。温差很小,约为开尔文的几十亿分之一,但现在有了技术,量子系统可以非常精确地进行操作和测量。在这种情况下,研究人员测量了核产生的RF波动。该研究探讨了两种情况:在一种情况下,氢原子核和碳原子核最初是不相关的,而在另一种情况下,它们最初是量子相关的。

在第一种情况下,核是不相关的,并且观察到热量沿着通常的方向流动,从热到冷,直到两个核处于相同的温度。在第二种情况下,当核开始相关时,观察到热量沿相反方向流动,从冷到热。此效果持续几千分之一秒,直到消耗初始关联。该结果最显着的方面是量子冷却过程,其中外部能量的增加(如用于冰箱和空调以冷却特定环境)可以相互关联。替换,即对象之间的信息交换。

信息可用于改变热量流入的方向,换句话说,减少局部熵。这种观点出现在19世纪中期的经典物理学中,远远早于信息理论的发明。这是James Clark Maxwell的一次思想实验,他创造了着名的经典电磁方程。在这个引发激烈辩论的思想实验中,伟大的苏格兰物理学家说,如果有办法知道每个气体分子的速度并在微观尺度上操纵所有分子,那么这种存在可以将它们分成两个接受者。

比平均速度快的分子放置在一个接收器的加热室中,并且比平均速度慢的分子放置在另一个接收器的冷室中。以这种方式,由于较快和较慢分子的混合,最初处于热平衡的气体将演变成较小的熵状态。麦克斯韦希望通过实验证明热力学第二定律只是统计学的。他提出的存在可以干涉分子或原子尺度的物质世界,称为“麦克斯韦恶魔”。这是麦克斯韦的小说来表达他的观点。然而,现在对原子甚至更小的尺度进行操作是可行的,因此通常的期望会发生变化。

这项研究实验是一个证明。当然,没有麦克斯韦思想实验的副本,但它产生了类似的结果。当我们谈论信息时,它意味着不是无形的东西,信息需要物理基础,记忆。如果要从闪存驱动器中移除1位存储器,则必须花费10,000倍于由玻尔兹曼常数乘以绝对温度组成的最低能量。消除信息所需的最小能量称为Landauer原理。

这解释了为什么擦除信息会产生热量,例如消耗大量热量的笔记本电脑。研究人员已经观察到量子相关中的信息可用于工作,在这种情况下,热量从较冷的物体传递到较热的物体而不消耗外部能量。比特可以用来量化两个系统之间的相关性,量子力学和信息理论之间的联系创造了所谓的量子信息学。从实际的角度来看,研究的效果有一天可以用来冷却量子计算机处理器的一部分。

——