Forskere gir en måte å lokalt omgå Second Law of Thermodynamics

The Third Industrial Revolution: A Radical New Sharing Economy (Juni 2019).

Anonim

I mer enn et halvt århundre av fysikk, har den andre loven om termodynamikk, som sier at entropi alltid øker, vært så nær uskadelig som enhver lov vi kjenner. I dette universet hersker kaos øverste.

Men forskere med US Department of Energy (DOE) Argonne National Laboratory kunngjorde nylig at de kanskje har oppdaget et lite smutthull i denne berømte maksimal.

Deres forskning, publisert i Scientific Reports, utgjør en mulig avenue til en situasjon der den andre loven brytes på mikroskopisk nivå.

Den andre loven støttes av det som kalles H- ordningen, som sier at hvis du åpner en dør mellom to rom, en varm og en kald, vil de til slutt sette seg i lunkent likevekt; det varme rommet vil aldri ende opp varmere.

Men selv i det tjuende århundre, som vår kunnskap om kvantemekanikk avansert, forsto vi ikke helt H- teoriens grunnleggende fysiske opprinnelse.

Nylige fremskritt i et felt kalt kvantum informasjonsteori tilbød en matematisk konstruksjon der entropi øker.

"Det vi gjorde var å formulere hvordan disse vakre abstrakte matematiske teoriene kunne knyttes til vår urolige virkelighet, " sa Valerii Vinokur, en Argonne Distinguished Fellow og tilsvarende forfatter på studien.

Vitenskapsmenn tok kvantum informasjonsteori, som er basert på abstrakte matematiske systemer, og brukte det på kondensatfysikk, et velutforsket felt med mange kjente lover og eksperimenter.

"Dette tillot oss å formulere kvant H- ordningen som det relaterte til ting som kunne bli fysisk observert, " sa Ivan Sadovskyy, en felles ansatt med Argonne's Materials Science Division og Computation Institute og en annen forfatter på papiret. "Det etablerer en sammenheng mellom veldokumenterte kvantefysiske prosesser og de teoretiske kvantekanaler som utgjør kvanteinformasjonsteori."

Arbeidet forutsier visse forhold under hvilke H- ordningen kan bli brutt og entropi-på kort sikt - kan faktisk reduseres.

Så langt tilbake som 1867 beskrev fysiker James Clerk Maxwell en hypotetisk måte å bryte mot den andre loven: hvis et lite teoretisk vesen satt ved døren mellom de varme og kalde rommene og bare la gjennom partikler som beveger seg med en viss hastighet. Denne teoretiske imp kalles "Maxwells demon".

"Selv om overtredelsen bare er på lokal skala, er implikasjonene vidtgående, " sa Vinokur. "Dette gir oss en plattform for den praktiske realiseringen av en quantum Maxwells demon, som kunne muliggjøre en lokal kvantum evigvarende bevegelsesmaskin."

For eksempel sa han at prinsippet kunne utformes til et "kjøleskap" som kunne avkjøles eksternt, det vil si at energien som brukes til å kjøle det, kan finne sted hvor som helst.

Forfatterne planlegger å jobbe tett sammen med et team av eksperimentelle eksperter for å designe et proof of concept-system, sa de.

Studien, "H-setning i kvantfysikk, " ble utgitt 12. september i Nature Scientific Reports.

menu
menu