法律是現代物理學中一些最重要的原理,因為它們定義了在各種情況下的三個基本物理量(溫度,能量和熵)的表現。
但是現在物理學家說他們已經發現了一個漏洞在其中一項法律中,它可能會創建場景,在這種情況下,熵(或混亂)實際上會隨著時間而減少。
多虧了現代物理,幾乎可以根據兩種理論來解釋宇宙中的所有內容:一般相對論對於星星,星系和宇宙本身等大型東西;和量子力學,對於原子量表上的行為。
在這兩個分支中,我們有四個熱力學定律,其中描述了熱量(或熱能)如何轉化為不同類型的能量的轉化,以及這可以對各種形式物質產生的影響。
基本上,如果您想知道能量如何在系統內移動 - 從原子到一個- 這些是您需要的法律。
現在我們特別感興趣的是熱力學第二定律,涉及從“可用”到“無法使用”的系統中能量的過渡。
隨著封閉或隔離系統中的可用能量減少,無法使用的能量增加,因此熵也增加。
熵是對封閉或孤立系統中隨機性或混亂的量度,而熱力學的第二定律指出,隨著可用能量的損失,混亂會增加 - 而對疾病的發展永遠無法逆轉。
正如Alok Jha所解釋的監護人,,,,熱力學的第二定律可能比熱力學第一法- 哪個指出不能創造或破壞能量 - 因為它描述了我們宇宙可以做什麼的局限性。
“該法律是關於效率低下,退化和衰減的。它告訴我們我們所做的一切都是固有的,並且宇宙中存在不可逆轉的過程,”賈說。
“這給了我們時間的箭頭,並告訴我們我們的宇宙具有不可避免的慘淡,荒涼的命運。”
但是,如果在每種情況下都不是這種情況,該怎麼辦?如果您可以創建一個熵實際減少的系統 - 可以這麼說,雞蛋本身沒有冰凍呢?
美國能源部的阿貢國家實驗室的研究人員說,他們可能已經在熱力學第二定律中發現了一個漏洞,熵的行進可以朝相反的方向發展 - 至少在短期內,並且僅在短期內。
他們調查了一個統計概念,該概念為第二定律,稱為H理論。 H Theorem以其最簡單的形式描述了您如何在兩個房間之間打開一扇門(一個熱和一個冷 - 最終會安裝在不冷淡的平衡中)。
但,正如艾弗里·湯普森(Avery Thompson)所解釋的那樣流行力學,因為在這種情況下(且物理學家將它們視為群體,而不是個人),因為幾乎不可能繪製每個分子如何移動(並且更複雜)。
為了對單個分子的行為如何根據H理論進行更現實,Argonne Lab團隊決定以量子規模對其進行處理。
他們通過量子信息理論,它基於一堆抽象的數學系統,並將其應用於凝結物理學,提出新的量子H Theorem模型。
“這使我們能夠制定與物理觀察到的事物相關的量子h理論,”團隊之一伊万·薩德夫斯基(Ivan Sadovskyy),在新聞稿中說明。
“它建立了有據可查的量子物理過程與構成量子信息理論的理論量子通道之間的聯繫。”
他們說,在他們的新量子H理論模型中,在某些情況下,熵可能實際上可能會減少 - 至少是暫時的。
他們將結果與麥克斯韋的惡魔- 物理學家James Clerk Maxwell進行的1867年思想實驗。
麥克斯韋(Maxwell)建議,如果一個微小的量子惡魔坐在兩個不溫熱的房間之間的門上,並且只能通過以一定速度行駛的顆粒,它可以有效地控制溫度的流動,從而導致一個房間進行熱身,因為另一個房間會冷卻。
“惡魔只會允許熱門的東西走一種方式,然後將事情變冷,然後再走了。”湯普森解釋說流行力學。 “從本質上講,惡魔可以拆開混合物。”
Argonne Lab團隊現在通過提出一種數學模型來展示如何在有臨時的情況下創建量子系統,從而進一步邁出了一步“負熵增長”- 換句話說,熵的減少。
“儘管違規僅在地方規模上,但影響是深遠的,”一個團隊說,瓦萊里·維諾庫爾。 “這為我們提供了一個平台,可以實現量子麥克斯韋的惡魔,這可能使局部量子永久運動機成為可能。”
這是高度概念的東西 - 並且引起了極大的爭議 - 但研究人員正計劃擴大團隊,以便他們可以根據其量子H Theorem模型來設計概念驗證系統。
我們必須拭目以待,看看他們是否可以實現。
該研究已發表在科學報告。