Sætning forklarer, hvorfor mængder som varme og effekt kan svinge i det mikroskopiske system

Den anden lov for termodynamik siger, at den samlede entropi af et isoleret system altid har en tendens til at stige over tid, indtil det når et maksimum. Med andre ord, uorganisering stiger uden indblanding udefra. Elektrisk udstyr varmes uundgåeligt op, da en del af energien spredes i form af varme i stedet for at blive brugt til mekanisk arbejde, og genstande forringes over tid, men regenereres ikke spontant.

Imidlertid, denne intuitive karakter af entropi gælder ikke nødvendigvis for den mikroskopiske verden. Fysikere har derfor genfortolket den anden lov ved at give den et statistisk twist:Entropien stiger faktisk, men der er en ikke-nul sandsynlighed for, at den nogle gange kan falde.

For eksempel, i stedet for at varme strømmer fra en varm krop til en kold, som sædvanligt, det kan flyde fra en kold krop til en varm i visse situationer. Fluktuationssætninger (FT'er) kvantificerede denne sandsynlighed med præcision, og spørgsmålet har praktisk interesse med hensyn til driften af ​​nanoskala -maskiner. FT'er blev foreslået for første gang i en artikel, der blev offentliggjort i 1993 i Fysisk gennemgangsbreve . Artiklen blev skrevet af australske forskere Denis Evans og Gary Morriss og den hollandske videnskabsmand Ezechiel Cohen. De testede en af ​​disse teoremer ved hjælp af computersimuleringer.

En artikel, der for nylig blev offentliggjort i samme tidsskrift, viser, at en konsekvens af FT er termodynamiske usikkerhedsrelationer, som involverer udsving i værdierne af termodynamiske mængder såsom varme, arbejde og magt. Titlen på den nye artikel er "Termodynamiske usikkerhedsrelationer fra udvekslingsudsvingssætninger."

Den første forfatter var André Timpanaro, en professor ved Federal University of the ABC (UFABC), São Paulo -staten, Brasilien. Hovedforsker for undersøgelsen var Gabriel Landi, en professor ved University of São Paulo's Physics Institute (IF-USP). Giacomo Guarnieri og John Goold, tilknyttet Trinity College Dublin's Physics Department (Irland), deltog også.

Usikkerhedsforhold

"Den fysiske oprindelse af termodynamiske usikkerhedsforhold var uklar indtil nu. Vores undersøgelse viser, at de kan stamme fra FT'er, "Sagde Landi.

"Da vi begyndte at studere termodynamik, vi var nødt til at håndtere sådanne mængder som varme, arbejde og magt, hvortil vi altid tildelte faste værdier. Vi havde aldrig forestillet os, at de kunne svinge, men de gør. I den mikroskopiske verden, disse udsving er relevante. De kan påvirke driften af ​​en nanoskala -maskine, for eksempel. Termodynamiske usikkerhedsrelationer etablerer en bund for disse udsving, at forbinde dem med andre størrelser, f.eks. systemstørrelse. "

Termodynamiske usikkerhedsrelationer blev opdaget i 2015 af en gruppe forskere ledet af Udo Seifert ved Stuttgart Universitet i Tyskland. André Cardoso Barato, en tidligere studerende ved IF-USP og i øjeblikket professor ved University of Houston (U.S.), deltog i opdagelsen.

Den matematiske struktur af disse relationer ligner den i Heisenbergs usikkerhedsprincip, men de har intet med kvantefysik at gøre; de er rent termodynamiske. "Karten af ​​termodynamiske usikkerhedsrelationer har aldrig været særlig klar, "Landi sagde." Vores vigtigste bidrag var at vise, at de stammer fra FT'er. Vi mener, at FT'er beskriver termodynamikkens anden lov mere generelt, og at termodynamiske usikkerhedsrelationer er en konsekvens af FT'er. "

Ifølge Landi, denne generalisering af termodynamikkens anden lov håndterer termodynamiske størrelser som enheder, der kan fluktuere, dog ikke vilkårligt, da de skal adlyde visse symmetrier. "Der er flere fluktuationssætninger, "sagde han." Vi fandt en særlig klasse af FT'er og fokuserede på dem som tilfælde af matematisk symmetri. På denne måde, vi forvandlede vores problem til et matematisk problem. Vores hovedresultat var en sætning om sandsynlighedsteori."