超出Maxwell的恶魔实验中的热力学标准规律的新基本限制

时间：2021-10-01 13:52:09 来源：

来自实验室的照片。科学家证实了新的基本限制，即时间延迟对恶魔的行为施加了不被热力学的标准定律所涵盖的。

大学维也纳和斯图加特的研究人员研究了一个由延迟反馈力体现在悬浮微粒上的麦克斯韦的恶魔形象。他们确认了新的基本限制，即时间延迟对恶魔的行为施加了不被热力学的标准法律所涵盖的行为。科学家团队在“自然通信”期刊上发表了新的研究。

Maxwell的恶魔是能够检测和反应辛酸分子的运动的假设智能。在他的思想实验中，詹姆斯·克劳克·麦克斯韦尔想象着一个控制一个连接两个气体分子的小门的恶魔。通过让只能通过一个腔室中的快速热分子，恶魔将来自热分子的寒冷分离，因此与第二热力学的第二律矛盾的系统中表观矛盾的紊乱。

如今，Maxwell的恶魔的思想实验可以通过例如实现。对反馈控制进行的微粒。这意味着测量粒子的位置，通过施加合适的反馈力来储存并用于从微粒中提取能量的信息。然而，在以前的研究中，恶魔的反应时间从未被考虑过。这对恶魔的表现产生了影响，并应考虑到现实的情景。

建立最近M.L的理论研究。Rosinberg和Munakata，维也纳大学（奥地利）和斯图加特大学（德国）的研究人员进行了国际合作，现在研究了时间延迟对Maxwell恶魔的热力学方法的影响。科学家们使用了激光光学悬浮的微粒。颗粒在真空中在光学镊子中振荡，同时暴露于与周围气体的随机碰撞，称为布朗运动。通过电子电路实现的恶魔通过跟踪其位置来获取关于微粒的信息，并且在一定延迟之后应用使用第二激光器在微粒上的相应反馈力。从他们的实验来看，科学家能够确定热力学量，例如交换的热和熵流。他们的结果成功地确认了第二种法律的新颖版本，包括延时。“我们使用了热力学方法来了解时间延迟在现实反馈循环中的作用。在这里，悬浮的微粒是一个理想的试验台，在研究中的Maxime Debiossac说，在粒子动态上提供了很好的控制。

由于新研究的结果，熵流程对提取的能量或换句话说，对恶魔可以工作有效。除了量化这种效率之外，科学家们观察到，对于很长的延迟，恶魔导致粒子的一些随机运动与通常的布朗运动不同。“我们的结果表明，热力学限制也会影响那些依赖反馈的实验，依靠反馈将机械系统带入量子制度，”维也纳团队团队负责人表示，“我们现在对后果非常好奇研究将为该制度提供。“

参考：Maxime Debiossac，David Grass，Jose Joaquin Alonso，Eric Lutz和Nikolai Kiesel，19世纪2020年3月13日，Nature Communications.Doi：
10.1038 / S41467-020-15148-5

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