Вие сте тук

Третият закон на термодинамиката доказан чрез намиране на максималната скорост на охлаждане

Credit: Cycration/Shutterstock
Credit: Cycration/Shutterstock

Третият закон на термодинамиката е отговорен за определянето на абсолютната нула –  възможно най-ниската температура, която може да бъде достигната. Въпреки че концепцията е добре известна, в академичните доклади се провежда интензивен дебат относно това. Възможно ли е температурата да достигне до абсолютната нула в краен брой стъпки, ако ентропията никога не може да достигне до нула?

Нова статия, публикувана в Nature Communications, има за цел да изясни този дебат чрез използване на принципа на квантовата механика. Изследователите от University College London изучавали принципа на непостижимост – невъзможността да се охлади система с краен брой стъпки – и открили, че е възможно да се определи лимит на скоростта на охлаждане, който предотвратява достигане на абсолютната нула.

“Ние показахме, че не можете всъщност да охладите система до абсолютната нула с ограничен размер на ресурсите, и отидохме с една крачка напред”, казва пред IFLScience д-р Луис Масейнс, един от двамата автори. “След това заключихме, че е невъзможно да се охлади система до абсолютна нула в крайно време и установихме връзка между времето и най-ниската възможна температура. Това е скоростта на охлаждане.”

Скоростта на охлаждане не е универсална (като скоростта на светлината), но зависи от скоростта на звука в околната среда и колко бързо енергията може да се внася в нея.

Решението идва от света на квантовата информация. Основният извод от изследването е, че на процеса на охлаждане може да се гледа като на изчисление. Една по-хладна система има по-ниска енергия и може да се организира в по-малко състояния. Така че в една система с много енергия, частиците могат да бъдат организирани в много различни конфигурации. По някакъв начин има доста неяснота, тъй като не може да е сигурно в какво състояние са тези частици. При абсолютната нула, човек знае точно как изглежда системата.
“Мислейки в тези условия, задачата на охлаждане е информационен проблем и нашата основна цел е да се разбере сложността ѝ”, добавя Масейнс.

Тази информационна теория е тясно свързана с втория закон на термодинамиката, където квантова информация вече е била успешно използвана за доказване на различни версии. Но третият закон не е толкова праволинеен.

Това извеждане на третия закон може да има някои технологични приложения, но изследователите подчертават, че неговата теоретична стойност в момента е много по-важна.

“Ние получихме ограничение на скоростта за охлаждане и тя е много, много висока”, казва пред IFLScience съавторът проф. Джонатан Опенхайм. “Технологията в момента изобщо не се доближава до ограничението на скоростта. Въпреки че дава някакви рамки за конкретни охлаждащи машини.”

Изследването е подобно на откриването на скоростта на светлината. Знанието, че има ограничение, е важно, дори и ако сме много далече от него.

 

Превод: Гергана Димитрова

Източник: IFLS

Коментари

коментара

Related posts

By continuing to use the site, you agree to the use of cookies. more information

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close