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一、热力学第二定律
1. 宏观表述:一个封闭的系统,热量永远无法自发的从温度低的地方流向温度高的地方;
2. 要想推翻热力学第二定律,必须找到一个热力学系统,热量可以自发的从低温物体流向高温物体。
二、麦克斯韦妖
1. 麦克斯韦不喜欢热力学第二定律,提出了物理学界四大神兽之一:麦克斯韦妖;
2. 一个绝热的挡板,隔离了一冷一热两个热力学系统,挡板中间有一扇小门,由一个妖精镇守;
| 麦克斯韦妖(严老师手绘)
3. 麦克斯韦妖不允许一切热系统中的分子通过挡板去到冷系统中,但允许一切冷系统中的分子通过挡板去到热系统中。宏观上看,这个系统就违反了热力学第二定律;
| 只允许冷分子流向热系统
4. 解释:麦克斯韦妖需要知道足够多的信息来识别分子,并且要频繁的开关小门,在这个过程中小妖精要接收外部的能量。因为信息的传递必须伴随着能量的传递,整个系统的熵值还是增加了,信息可以补偿熵增;
5. 结论:麦克斯韦妖系统并不违反热力学第二定律。
三、巴西科学家的实验
1. 用强磁场固定住一个CHCl3分子,使其中的氢原子和碳原子分别处于两个有温差的环境;
2. 实验发现如果这两个原子有量子层面的相互作用,热量会从冷原子流向热原子。表面上看,热力学第二定律就被推翻了;
| 热量从冷原子流向热原子
3. 解释:正是因为两个原子之间有量子关联,在关联的过程中外界向系统注入了信息和能量。发生热量流动时,量子关联释放了注入的能量,就好像麦克斯韦妖有选择的让分子通过一样;
4. 结论:这个实验并没有推翻热力学第二定律,反而可能找到了麦克斯韦妖。
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严伯钧 回复 @喷气式老木头: 大咖啊,都看过了啊!
喷气式老木头 回复 @严伯钧: 您说的大咖是?
量子关联是个啥🌚
严伯钧 回复 @D漫威C: 专业的说法是两个原子的波函数的乘积对哈密顿量有贡献,简单理解就是类似于量子纠缠的相互关联就可以了。
D漫威C 回复 @严伯钧: 哦哦
越来越难了
严伯钧 回复 @暮鼓晨钟_925: 涉及到量子的都难
严老师是不是可以这么理解,不存在一个系统,可以无限的使温度小的传热给温度高的,因为储存的能量是有限的
严伯钧 回复 @1884083zfqc: 就是不能把一个物体的温度降到绝对零度,只能无限接近。至于有多接近,也取决于科技的发展。不是说储存的能量有限,而是由于不确定性原理的存在,总有最小单位的能量我们是提取不出来的,但这个最小单位非常小。
老师,热的那边商不就降低了吗?
严伯钧 回复 @1589207mmkp: 粒子数增多,微观态数也增多,热的那边熵应该是增大,但是增大的量不可能大于冷的那边减少的量,两边加起来表现为熵减。算上麦克斯韦妖本身的信息熵总体还是增加的。
【热力学】量子世界也吹空调,如何做到冷的越冷,热的越热
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一、热力学第二定律
1. 宏观表述:一个封闭的系统,热量永远无法自发的从温度低的地方流向温度高的地方;
2. 要想推翻热力学第二定律,必须找到一个热力学系统,热量可以自发的从低温物体流向高温物体。
二、麦克斯韦妖
1. 麦克斯韦不喜欢热力学第二定律,提出了物理学界四大神兽之一:麦克斯韦妖;
2. 一个绝热的挡板,隔离了一冷一热两个热力学系统,挡板中间有一扇小门,由一个妖精镇守;
| 麦克斯韦妖(严老师手绘)
3. 麦克斯韦妖不允许一切热系统中的分子通过挡板去到冷系统中,但允许一切冷系统中的分子通过挡板去到热系统中。宏观上看,这个系统就违反了热力学第二定律;
| 只允许冷分子流向热系统
4. 解释:麦克斯韦妖需要知道足够多的信息来识别分子,并且要频繁的开关小门,在这个过程中小妖精要接收外部的能量。因为信息的传递必须伴随着能量的传递,整个系统的熵值还是增加了,信息可以补偿熵增;
5. 结论:麦克斯韦妖系统并不违反热力学第二定律。
三、巴西科学家的实验
1. 用强磁场固定住一个CHCl3分子,使其中的氢原子和碳原子分别处于两个有温差的环境;
2. 实验发现如果这两个原子有量子层面的相互作用,热量会从冷原子流向热原子。表面上看,热力学第二定律就被推翻了;
| 热量从冷原子流向热原子
3. 解释:正是因为两个原子之间有量子关联,在关联的过程中外界向系统注入了信息和能量。发生热量流动时,量子关联释放了注入的能量,就好像麦克斯韦妖有选择的让分子通过一样;
4. 结论:这个实验并没有推翻热力学第二定律,反而可能找到了麦克斯韦妖。
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严伯钧 回复 @喷气式老木头: 大咖啊,都看过了啊!
喷气式老木头 回复 @严伯钧: 您说的大咖是?
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严伯钧 回复 @D漫威C: 专业的说法是两个原子的波函数的乘积对哈密顿量有贡献,简单理解就是类似于量子纠缠的相互关联就可以了。
D漫威C 回复 @严伯钧: 哦哦
越来越难了
严伯钧 回复 @暮鼓晨钟_925: 涉及到量子的都难
严老师是不是可以这么理解,不存在一个系统,可以无限的使温度小的传热给温度高的,因为储存的能量是有限的
严伯钧 回复 @1884083zfqc: 就是不能把一个物体的温度降到绝对零度,只能无限接近。至于有多接近,也取决于科技的发展。不是说储存的能量有限,而是由于不确定性原理的存在,总有最小单位的能量我们是提取不出来的,但这个最小单位非常小。
老师,热的那边商不就降低了吗?
严伯钧 回复 @1589207mmkp: 粒子数增多,微观态数也增多,热的那边熵应该是增大,但是增大的量不可能大于冷的那边减少的量,两边加起来表现为熵减。算上麦克斯韦妖本身的信息熵总体还是增加的。
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