Физики из Базельского университета представили новый подход к применению фундаментальных законов термодинамики к микроскопическим квантовым системам. Об этом сообщает scitechdaily.com.
Эта новаторская работа, опубликованная в престижном научном журнале Physical Review Letters, открывает двери для более точного понимания энергетических процессов на квантовом уровне, где традиционные определения тепла и работы становятся размытыми.
История термодинамики уходит корнями в конец XVIII века, когда Бенджамин Томпсон, известный как граф Румфорд, проводя эксперименты с бурением пушечных стволов, пришел к выводу, что тепло не является субстанцией, а может бесконечно генерироваться механическим трением. Его новаторские опыты, включая нагревание стволов в воде для определения времени закипания, легли в основу термодинамики, сыгравшей ключевую роль в промышленной революции XIX века, объясняя преобразование тепла в полезную работу в таких устройствах, как паровые машины.
Сегодня основные законы термодинамики — сохранение энергии (включая тепло и работу) в замкнутой системе и неубывание энтропии (меры беспорядка) — являются краеугольным камнем естественных наук. Однако при попытке применить эти законы к крайне малым, квантовым системам, исследователи сталкиваются с существенными трудностями. Природа таких систем такова, что все процессы происходят на микроскопическом уровне, что затрудняет их описание с помощью классических термодинамических понятий.
Команда под руководством профессора Патрика Поттса из Базельского университета разработала новый метод, позволяющий последовательно определять термодинамические величины для определенных квантовых систем. Этот прорыв позволяет преодолеть ограничения существующих моделей и предлагает более стройное описание поведения энергии и энтропии в квантовом мире, где привычные границы между различными формами энергии становятся нечеткими.