Влияние квантовых корреляций на способ распределения энтропии

Влияние квантовых корреляций на способ распределения энтропии

При условии, когда горячее и холодное тело находятся в плотном контакте, обмен тепловой энергией происходит по направлению от горячего к холодному телу до момента, пока не достигнуто тепловое равновесие. При этом горячее тело утрачивает часть тепловой энергии, а холодное, соответственно, приобретает. Естественное природное явление, с которым приходится сталкиваться достаточно часто в повседневной жизни.

Количественная мера системного хаоса

Подобный переход объясняется Вторым законом термодинамики: полная энтропия изолированной системы всегда демонстрирует тенденцию увеличения с течением времени, пока не достигнут максимум. Энтропия в этом случае рассматривается количественной мерой системного хаоса. Изолированные системы спонтанно эволюционируют в сторону всё более беспорядочных состояний и отсутствия дифференциации.

Исследователями Бразильского центра физических исследований, совместно с учёными Федерального университета ABC показано: квантовые корреляции влияют на способ распределения энтропии между частями, находящимися в тесном контакте. При этом направление теплообмена определяется так называемой «термодинамической стрелкой времени».

То есть, тепловые потоки самопроизвольно текут от холодного к горячему объекту без необходимости вложения энергии в процесс, как того требует, к примеру, домашний холодильник. Публикация по теоретическим соображениям с предоставлением экспериментальных примеров опубликована изданием «Nature Communications».

По сути, корреляции представляют информацию, которой обмениваются различные системы. В макроскопическом мире, описываемом классической физикой, добавление энергии извне способно обратить поток тепла в системе таким способом, когда направление течения изменяется от холодного к горячему объекту.

Эксперимент на уровне наноскопии

Исследователи провели эксперимент на уровне наноскопии и отметили эффект квантовых корреляций, аналогичный эффекту добавленной энергии. Направление потока изменилось, не нарушив Второго закона термодинамики. Напротив, если принять во внимание элементы теоретической информации, описывающей перенос тепла, обнаруживается обобщенная форма Второго закона и демонстрируем роль квантовых корреляций в процессе.

Эксперимент проводился над образцом молекул хлороформа, помеченного изотопом углерода-13. Образец разбавляли в растворе с последующим анализом при помощи ядерного магнитно-резонансного спектрометра. Исследовались изменения температуры в спинах ядер атомов водорода и углерода. Атомы хлора не играли никакой материальной роли в эксперименте.

Учёные использовали радиочастотные импульсы, чтобы поместить спин каждого ядра при разной температуре, один холодный, другой теплее. Разница температур была небольшой, порядка десятков миллиардов 1 Кельвина. Так отработали методы, которые позволяют манипулировать и измерять квантовые системы с предельной точностью.


При помощи информации: Fapesp


Добавить комментарий

Внимание: Спам не пройдёт. Работает фильтрация комментариев. *