經過100年的爭論,物理學家宣布達到絕對零度在數學上不可能
經過100多年的辯論——包括愛因斯坦也參與其中,物理學家終於提出了熱力學第三定律的數學證明。熱力學第三定律指出,絕對零度(0 K或-273.15 ℃)無法達到,因為一個系統的熵(或無序度)不可能為零。
雖然科學家早就懷疑宇宙中的冷卻行為有一個內在的「速度限制」,阻止我們達到絕對零度,但還未弄清楚背後的機制。
最近,在《自然通訊》(Nature Communications)雜誌上刊載的一項新研究,旨在通過使用量子力學原理來平息這一爭論。來自倫敦大學學院的物理學家研究了這個不可達到性原理,並發現可以定義冷卻時的速度限制,防止實現絕對零度。
科學家發現,不能用利用有限的資源把系統冷卻到絕對零度。然後物理學家得出結論,在有限時間內把系統冷卻到絕對零度是不可能的,並且他們還建立了時間和最低可能溫度之間的關係,這就是冷卻速度。就像光速一樣,冷卻速度不是一成不變的,而是取決於環境中聲音的速度以及能量注入的快慢。
解決方案來自量子信息的世界。這項研究的主要觀點是,冷卻過程可以看作是一種計算。一個較冷的系統具有較低的能量,並且可以將其自身排列成更少的狀態。因此,在具有較大能量的系統中,粒子可以排列成諸多樣式。在某種程度上,有很多不確定性,因為無法確定這些粒子的狀態。而在絕對零度時,就可以準確地知道系統的外觀。
從這些方面進行考慮,冷卻的任務是一個信息問題,研究人員的主要洞察力是了解這種任務的複雜性。這個信息理論與熱力學第二定律密切相關——其中量子信息已經被成功地用於證明各種版本。然而,熱力學第三條定律並不那麼明確。
第三定律的推導可能有一些技術應用,但研究人員強調,其理論價值目前更重要。
該研究合著者Jonathan Oppenheim教授表示:「我們推導出冷卻的速度限制,並且它是極其快速的,而我們目前是處於馬車的時代。技術目前還沒有接近速度限制。不過,這項新研究將給一些特定的冷卻機賦予一個框架。
這種研究方式類似於發現光速。知道有一個速度限制是很重要的,即使我們離這個還遠著。這項研究意義重大,因為熱力學第三定律是當代物理學的根本問題之一,它涉及熱力學、量子力學、信息理論,這是許多東西的交匯點。
※人類史上建造的最昂貴的東西是什麼?
※你是否經歷過超自然體驗?科學家:這可能是癲癇症!
※現代社會正改變人類的生物進化,科學家:進化速度前所未有的加快
※物理學家發現:隨著時鐘變得更精確,時間反而變得更模糊
※我們能飛到宇宙的最外邊嗎?科學家:就看宇宙是不是平的!
TAG:火星一號 |
※10歲時就達到1.95米世界上沒有一個人能超過他
※發售僅不到半年,《絕地求生》的銷量就達到了1000萬套
※不得不承認,殲20仍有很多部件不能國產化,很難達到年產36架
※絕對零度-273.15℃,但這為什麼不能達到,只能無限接近?
※科學家認為,人類最快會在2028年達到火星上面
※世界上最長的動物,達到過50多米
※這種魚存在了四億多年,最年長可以達到100歲
※曾經最胖達到140多斤,現在115斤,分享簡單且有效的方法!
※十歲時達到1.95米,從那天起世界上就沒人超過他
※一枚紀念幣現在的價格也已經達到3000元了,城裡人應該有的
※揭秘:印度人口為什麼只增不減,20年之後將達到20億人
※與霍金商榷一下,氫彈爆炸溫度不可能達到100億度
※專家:人的自然壽命能達到100歲以上,只是多數人中途就氣死了
※10Hz的聲音就算響度達到10000分貝人類也聽不到嗎?
※科比19年達到的一項數據,庫里8年就已完成,不出意外歷史第一
※這個國家人口不到600,總資產達到1000億美元,沒有理髮店
※22歲,年紀輕輕月薪就已經達到1800了
※穎兒自曝從140斤到100斤減肥經歷,這方式卻很少人能達到
※10歲時就達到1.95米,從那天起世界上沒有一個人能超過他.....