211service.com
Sapinušās daļiņas pārkāpj klasisko termodinamikas likumu, saka fiziķi
1867. gadā skotu fiziķis Džeimss Klerks Maksvels publicēja domu eksperimentu, parādot, kā iegūt siltumu no gāzes tvertnes.
Maksvels sapņoja par konteineru, kas sadalīts uz pusēm ar sienu ar slazdām, kuras var atvērt un aizvērt, lai ļautu gāzes molekulām iziet cauri.
Eksperiments sākas ar visu gāzi vienā konteinera pusē. Gāze satur molekulas, kas pārvietojas ar plašu ātrumu diapazonu. Ikreiz, kad ātrgaitas molekula tuvojas slazdam, Maksvels iedomājās, ka “dēmons” tās atver, lai molekula tiktu cauri.
Galu galā visas ātrās molekulas nonāk vienā konteinera pusē, bet lēnās paliek otrā pusē. Faktiski dēmons ir uzsildījis vienu konteinera pusi un atdzesējis otru.
Pirms pāris gadiem mēs apskatījām eksperimentālu Maksvela dēmona versiju, kurā japāņu fiziķi izveidoja sava veida kāpnes, kurās viņi nolaida enerģijas barjeru, lai ļautu atomiem uzlēkt pakāpienu, un pēc tam pacēla to, lai novērstu atoma atkrišanu. atkal lejā.
Rezultātā atoms lēnām uzkāpa pa kāpnēm, lai gan sistēmai netika pievienota enerģija.
Maksvela dēmons un tā eksperimentālie līdzinieki izskatās kā nepārprotami pārkāpumi otrajam termodinamikas likumam, kas nosaka, ka siltumu nevar pārnest no auksta ķermeņa uz karstu ķermeni, neveicot darbu un ka šāda veida mūžīgās kustības nav iespējamas.
Bet patiesībā nekas pārdabisks šeit nenotiek. Mūsdienu fiziķi ir sapratuši, ka pilnā termodinamikas aprakstā jāiekļauj sistēmas kārtības un nekārtības novērtējums, citiem vārdiem sakot, tajā esošās informācijas novērtējums.
Japāņu fiziķiem vienmēr ir jāuzrauga atoma stāvoklis, lai zinātu, kad pacelt un nolaist barjeras. Kad tiek ņemta vērā šī uzraudzības sistēma un tās radītā informācija, viss ir tā, kā tam jābūt.
Tomēr Japānas eksperimentā bija neparasts tas, ka tas pārveidoja informāciju enerģijā.
Kopš tā laika fiziķi ir sākuši jautāt, vai otrajā likumā varētu būt vēl kādas interesantas sarežģītības, it īpaši, ja ņem vērā daļiņu kvantu raksturu.
Kā kvantu mehānikai varētu būt nozīme? Viena iespēja ir saistīta ar dīvaino sapīšanās fenomenu, kurā divas daļiņas kļūst tik cieši saistītas, ka tām ir viena un tā pati eksistence, pat ja tās atdala Visuma platums. Kad divas daļiņas ir sapinušās, vienas mērījums sniedz informāciju par abām daļiņām.
Nav grūti saprast, kā to varētu izmantot Maksvela dēmona tipa eksperimentā, un šodien tieši to dara Kens Funo no Tokijas universitātes Japānā un pāris draugi. Lūk, kā.
Iedomājieties divas daļiņu kastes, starp kurām ir slazds. Jūs vēlaties izmantot slazdošanas durvis, lai ātrākās daļiņas virzītu vienā kastē un lēnākās daļiņas otrā. Klasiskā eksperimentā jums būs jāmēra daļiņas abās kastēs, lai veiktu šo eksperimentu.
Bet lietas atšķiras, ja daļiņas vienā kastē ir sapinušās ar daļiņām otrā. Tādā gadījumā vienā lodziņā esošo daļiņu mērījumi sniedz informāciju par abām daļiņu kopām.
Būtībā jūs saņemat informāciju par velti. Un, tā kā jūs varat pārvērst šo informāciju enerģijā, ir nepārprotamas priekšrocības, ja sapīšanās spēlē lomu.
Tas ir ļoti nozīmīgi. Tas nozīmē, ka termodinamikas likumi ir atkarīgi ne tikai no klasiskās parādības un informācijas, bet arī no kvantu efektiem. Funo un co izrāviens ir teorijas paplašināšana, lai to ņemtu vērā. Mēs parādām, ka sapītos stāvokļus var izmantot, lai iegūtu termodinamisko darbu ārpus klasiskās korelācijas, viņi saka.
Tam būs nozīmīga ietekme uz visa veida parādībām, sākot no melnajiem caurumiem un astrobioloģijas līdz kvantu ķīmijai un nanomašīnām.
Tagad notiks sacīkstes, lai noskaidrotu, kurš pirmais varēs to izmērīt.
Atsauce: arxiv.org/abs/1207.6872 : Termodinamiskā darba ieguvums no sapīšanās