加热后反而加速冷却,发现量子系统也存在反直觉彭巴效应

逢纪说科技 2024-10-18 01:41:06

彭巴效应是种矛盾现象,即热水结冰速度比冷水更快,两千来让科学家、哲学家着迷。现在,物理学家进一步发现彭巴效应不仅限于经典热力学,也出现在量子系统中,为量子冷却技术开辟全新可能性。

彭巴效应(Mpemba effect)有几种语义不同的表述,最早可追溯至古希腊时代,亚里斯多德曾说过“先前被加热过的水,有助更快结冰”,这句话被后世科学家理解为“先前加热过的水与先前未加过热的水在同温下比较,加热过的水会更快结冰。”

另一种说法则为同等质量和同等冷却环境下,温度略高的液体会比温度略低的液体先结冰。

不管怎么说,这种违反直觉的费解现象已被激烈争论2,000年以上,至今仍没有共识与精确定义,科学家也还在通过实验持续调查彭巴效应,比如2020年加拿大物理学家Avinash Kumar、John Bechhoefer利用1.5微米的小玻璃珠代替水分子,观察到热玻璃珠在特定情况下比冷玻璃珠更快凝结,其中一次热玻璃珠在2毫秒内凝结,比冷玻璃珠快上10倍。

现在,都柏林圣三一学院教授John Goold领导的团队证明这种奇怪效应比预期还要普遍,它不只出现于经典热力学,甚至在微观量子尺度上更加明显。

有望推动量子系统冷却技术

通过非平衡量子热力学工具,研究人员找到在量子系统产生彭巴效应的方法,此法能有效“加热”量子系统进行物理变换,值得注意的是这种转变利用量子动力学独特特征,能以指数方式更快“松弛”或“冷却”。

这项发现对量子技术具有深远影响力,尤其是对量子计算机、其他先进技术发展至关重要的量子冷却系统,彭巴效应能作为一种加速冷却新方法,从而提高量子设备效率。团队正在开发一种几何方法,希望于同一数学框架内理解不同类型的彭巴效应,期盼未来能在计算、能源等领域产生实际应用。

新论文发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)。

除了都柏林圣三一学院团队,之前也有其他科学家投入研究量子彭巴效应,包括以色列魏兹曼科学研究所Shahaf Aharony Shapira团队,他们发现当离子自旋在较低温度下开始,会更快与环境达到热平衡,类似反量子彭巴效应;奥地利科学院Lata Joshi团队通过实验研究一个封闭量子系统,发现当离子最初远离对称态,它们的自旋会更快恢复对称性,类似一种量子彭巴效应。

(首图来源:pixabay)

0 阅读:24
评论列表
  • 2024-11-03 12:02

    波与场的研究都是数学当物理,舍本逐末捉影弄鬼之术:::波只是一种粒子宏观时空分布不均匀,水波/沙丘波到处都有,都是质量的运动罢了,研究鸡毛的颜色(波与场)能认知鸡(物质)运动规律吗?还有波粒二象性??以干涉衍射现象否定光是粒子,又去解释粒子干涉衍射,不是笑话是什么??? ………场::只能由源完全确定,不可观测(源力不是场力,源能量不是场能量),物质的场到处飞吗?飞的方向如何确定?……地球场给你引力,你给地球场引力,然后地球场给地球引力。这是笑话!!!~~~场与波都是捕风捉影之法,意义很小,破坏巨大。……伟大的赫兹证明电磁波的实验,激励源都是电火花,感应接受也是电火花,显然是光子动能传播与光电效应,用了电磁波来解释而已。电磁波理论(尚未发现电子)只是基于宏观电磁观测的有用的数学方法,质量与力才是宏观微观物质世界的唯一根本,两朵乌云包括光电效应当然都是电磁理论的谬误,骗子借机祸害经典力学体系何益?

  • 2024-11-03 12:00

    ⭕️粒子对撞机能创造新物质吗?不!!只能产生一些破碎(质量亏损)。核能化石能太阳能都是释放光子,清洁能源的根本在于光 photon energy and photon behavior discussions,宏观引力微观电磁力包括光子都服从牛顿力学。正负光子(中微子)是电子质子撞击的破碎,质子电子的强大电斥力(大于10^36倍引力)发射它们的碎块到达零电势区域的速度就是真空光速。原子内部遍布真空,极微小光子惯性飞行,在强大引力场中有轨道运动与逃逸折射或撞击,在斥力场散射反射等。原子惯性飞行穿透材料的条件太差,获得动能当然也很不容易。……中子大冲量撞击原子核是产生光子动能(核能)的关键方法,电子撞核,质子撞轨道电子,冲量都太小。……加速器驱动的次临界核能可以获得无穷能源,且不受现有裂变材料的局限。———热量温度是光粒子辐射(热质说),高温体辐射更多光子吸收低温体辐射的更少光子,温度传递只能由高温体到低温体(熵只是数学描述,动能传递耗散是生机活力,不是绝望)。高温体辐射更多动能光子,当然微观运动更剧烈(热动说)。无光子辐射是绝对零度,宇宙背景辐射超过且接近绝对零度,获得绝对零度当然极难。

  • 2024-11-03 12:01

    轨道光子过度释放,后续降温当然更快。

逢纪说科技

简介:感谢大家的关注