"Termodinamik zaman okunun" yönü başarıyla tersine çevrildi! Soğuk nesnelerden sıcak nesnelere ısı akışına izin verin
Isı, sıcak vücuttan soğuk vücuda doğru akar.Sıcak vücut ve soğuk vücut temas halinde olduğunda, termal dengeye ulaşana kadar ısı enerjisi alışverişi yaparlar.Sıcak vücut soğur ve soğuk vücut ısınır.Bu, yaşadığımız doğal bir olaydır. Bu fenomen, izole edilmiş bir sistemin toplam entropisinin maksimuma ulaşana kadar her zaman zamanla arttığını belirten termodinamiğin ikinci yasasıyla açıklanır. Entropi, bir sistemdeki bozukluğun derecesinin nicel bir ölçüsüdür. İzole edilmiş sistemler, farklılaşmadan giderek artan düzensiz bir duruma kendiliğinden gelişir.
Brezilya Fiziksel Araştırma Merkezi (CBPF) ve Federal ABC Üniversitesi'nden (UFABC) araştırmacıların yanı sıra Brezilya ve diğer yerlerdeki diğer kurumlardan ortakların yürüttüğü bir deney, kuantum korelasyonunun termal temasın çeşitli bölümlerindeki entropinin dağılımını etkilediğini ve sözde durumu tersine çevirdiğini gösterdi. "Termodinamik zaman okunun" yönü.
(Daire kartı buraya eklendi, lütfen görüntülemek için Toutiao istemcisine gidin)Diğer bir deyişle, bir ev tipi buzdolabı gibi bu işleme enerji yatırmaya gerek kalmadan, soğuk nesnelerden sıcak nesnelere ısı kendiliğinden akabilir. Nature Communications'da yayınlanan araştırması, deneyi teorik bir bakış açısıyla anlatıyor. Çalışmanın ilk yazarı Kaonan Micadei, doktorasını Profesör Roberto Serra'nın gözetiminde tamamladı.
Serra ayrıca Brezilya Ulusal Kuantum Bilgi Bilimi ve Teknolojisi Enstitüsü aracılığıyla FAPESP tarafından finanse edilen yazarlardan biridir. FAPESP ayrıca, São Paulo Üniversitesi Fizik Enstitüsü'nde (IF-USP) profesör olan başka bir ortak yazar olan Gabriel Teixeira Landi'ye projeyle ilgili iki araştırma hibesi verdi. Korelasyonun farklı sistemler arasında paylaşılan bilgiyi temsil ettiği söylenebilir.Klasik fiziğin tarif ettiği makroskopik dünyada, dışarıdan enerji ilavesi sistemdeki ısı akışını tersine çevirebilir ve sistemin soğuktan sıcağa akmasını sağlayabilir.Örneğin bu sıradan bir buzdolabında. Ne oldu.
Termodinamiğin ikinci yasasını ihlal etmez
Nano deneyde kuantum korelasyonunun enerji artışına benzer bir etki yarattığı söylenebilir. Termodinamiğin ikinci yasasını ihlal etmeden akış yönü değiştirilir. Aksine, ısı transferini anlatırken bilgi teorisinin unsurlarını göz önünde bulundurursanız, ikinci yasanın genelleştirilmiş bir şeklini keşfedecek ve bu süreçte kuantum korelasyonunun rolünü kanıtlayacaksınız. Deney, karbon 13 izotopları ile etiketlenmiş bir kloroform molekülü (bir hidrojen atomu, bir karbon atomu ve üç klor atomu) numunesi ile gerçekleştirildi. Numune bir çözelti içinde seyreltilir ve hastanelerde kullanılan nükleer manyetik rezonans tarayıcıya benzer bir nükleer manyetik rezonans spektrometresi kullanılarak incelenir, ancak manyetik alan çok daha güçlüdür.
Hidrojen ve karbon atomlarının nükleer spinlerinin sıcaklık değişimleri incelenmiştir.Klor atomunun deneyde maddi bir etkisi yoktur. Radyo frekansı darbeleri kullanılarak, her bir çekirdeğin dönüşleri farklı sıcaklıklara yerleştirilir, biri daha düşük ve diğeri daha yüksektir. Sıcaklık farkı çok küçük, yaklaşık on milyarlarca 1 Kelvin, ancak şimdi kuantum sistemlerini çok hassas bir şekilde işleyebilen ve ölçebilen bir teknoloji var. Bu durumda araştırmacılar, çekirdek tarafından üretilen radyo frekansı dalgalanmalarını ölçtüler. Çalışma iki durumu araştırdı: Bir durumda, hidrojen çekirdekleri ve karbon çekirdekleri başlangıçta ilgisizdi, diğerinde ise başlangıçta kuantumla ilgiliydi.
İlk durumda, çekirdekler ilişkisizdir ve ısının, iki çekirdek aynı sıcaklıkta oluncaya kadar sıcaktan soğuğa normal yönde aktığı gözlenir. İkinci durumda, çekirdekler ilişkilendirilmeye başladığında, ısının soğuktan sıcağa ters yönde aktığı gözlenir. Bu etki, ilk çağrışım tüketilene kadar saniyenin birkaç binde biri kadar sürdü. Bu sonucun en dikkat çekici yönü, harici enerji ilavesinin (belirli bir ortamı soğutmak için kullanılan buzdolaplarında ve klimalarda yapıldığı gibi) ilişkilendirilebildiği bir kuantum soğutma sürecini göstermesidir. Değiştirildi, yani nesneler arasındaki bilgi alışverişi.
Maxwell Şeytanı
Bilgi, ısı akışının yönünü değiştirmek, başka bir deyişle yerel entropiyi azaltmak için kullanılabilir.Bu görüş, klasik fizikte 19. yüzyılın ortalarında, bilgi teorisinin icadından çok önce ortaya çıktı. Bu James Clark Maxwell tarafından önerilen bir düşünce deneyidir, Maxwell ünlü klasik elektromanyetik denklemi yarattı. O zamanlar şiddetli tartışmalara yol açan bu düşünce deneyinde, büyük İskoç fizikçi şunları söyledi: Her bir gaz molekülünün hızını bilmenin ve tüm molekülleri mikroskobik ölçekte manipüle etmenin bir yolu varsa, o zaman bu tür bir varoluş olabilir Onları iki alıcıya bölün.
Ortalama hızdan daha hızlı molekülleri bir alıcının sıcak odasına koyun ve ortalamadan daha yavaş olan molekülleri başka bir alıcının soğuk odasına koyun. Bu şekilde, başlangıçta termal denge durumundaki bir gaz, daha hızlı ve daha yavaş moleküllerin karışımı nedeniyle daha küçük bir entropi ile farklılaşma durumuna dönüşecektir.Maxwell, termodinamiğin ikinci yasasının yalnızca istatistiksel olduğunu düşünerek kanıtlamak istiyor. Önerdiği varoluş, maddi dünyaya moleküler veya atomik ölçekte müdahale edebilir ve "Maxwell Demon" olarak adlandırılır. Bu, Maxwell tarafından görüşlerini ifade etmek için yapılmıştır. Bununla birlikte, artık atomik veya daha küçük ölçeklerde çalışmak gerçekten mümkün, bu nedenle olağan beklentiler değişecek.
Bu araştırma deneyi bir kanıttır, tabii ki Maxwell'in düşünce deneyi kopyalanmadı, ancak benzer bir sonuç verdi. Bilgi hakkında konuştuğumuzda, soyut şeylerden bahsetmiyoruz Bilgi, fiziksel bir alt tabaka ve bir bellek gerektirir. Bir flash sürücüden 1 bit bellek çıkarmak istiyorsanız, Boltzmann sabitinin mutlak sıcaklıkla çarpımından oluşan minimum enerjinin 10.000 katını harcamalısınız. Bilgiyi ortadan kaldırmak için gereken bu minimum enerjiye Landauer prensibi denir.
Bu, örneğin bir dizüstü bilgisayar pilinin çok fazla ısı tükettiği gibi bilgileri silmenin neden ısı ürettiğini açıklar. Araştırmacılar, kuantum korelasyonundaki bilgilerin iş yapmak için kullanılabileceğini gözlemlemişlerdir.Bu durumda ısı, dış enerji tüketmeden daha soğuk bir nesneden daha sıcak bir nesneye aktarılır. Bitler, iki sistem arasındaki korelasyonu ölçmek için kullanılabilir.Kantum mekaniği ve bilgi teorisi arasındaki bağlantı sözde kuantum bilişimini oluşturur. Pratik bir bakış açısından, incelenen etki bir gün bir kuantum bilgisayar işlemcisinin bir kısmını soğutmak için kullanılabilir.
