单个粒子没有温度。它具有一定的能量或速度，但不可能将其转化为温度。只有在处理许多粒子的随机速度分布时，才会出现一个明确的温度。
热力学定律是如何从量子物理定律中产生的?这是一个近年来越来越受到关注的话题。在维也纳理工大学，这个问题现在已经被计算机模拟所解决，这表明混沌起着至关重要的作用:只有在混沌盛行的地方，著名的热力学规则才会从量子物理学中得到遵循。
玻尔兹曼:一切皆有可能，但也绿巨人app芭乐丝瓜鸭脖可能不太可能
在房间里随机飞来飞去的空气分子可以有难以想象的不同状态:每个粒子都有不同的位置和不同的速度。但并不是所有的状态都是一样可能的。
维也纳大学理论物理研究所的Iva Brezinova教授说:“从物理上讲，这个空间中的所有能量都有可能被转移到一个粒子上，然后它将以极高的速度移动，而所有其他粒子都保持静止。”“但这太不可能了，几乎永远不会被观测到。”
根据奥地利物理学家路德维希·玻尔兹曼根据经典物理学规则建立的公式，可以计算出不同允许状态的概率。从这个概率分布中，温度也可以被读出:它只适用于大量的粒子。
整个世界都是一个量子态
然而，这在处理量子物理时会引起问题。当大量的量子粒子同时发挥作用时，量子理论的方程变得如此复杂，即使是世界上最好的超级计算机也没有机会解决它们。
在量子物理学中，单个粒子不能像经典台球那样相互独立。每个台球在每个时间点都有自己的轨迹和位置。另一方面，量子粒子没有个性——它们只能在一个大的量子波函数中被描述在一起。
“在量子物理学中，整个系统是由一个大的多粒子量子态描述的，”Joachim教授Burgd?rfer (TU Wien)说。“在很长一段时间里，随机分布以及温度是如何从中产生的仍然是一个谜。”
混沌理论是一种中介
维也纳理工大学的一个团队现在已经能够证明混乱起着关键作用。为了做到这一点，该团队对一个量子系统进行了计算机模拟，该系统由大量粒子组成——许多无法区分的粒子(“热浴”)和一种不同种类的粒子——充当温度计的“样本粒子”。
大系统中的每个量子波函数都有特定的能量，但没有明确的温度——就像单个经典粒子一样。但如果你现在从单个量子态中挑选出样本粒子并测量它的速度，你会惊讶地发现速度分布对应的温度符合公认芭乐app下载进入站长统计 的热力学定律。
“它是否合适取决于混沌——这是我们的计算清楚显示的，”Iva Brezinova说。“我们可以专门改变计算机上粒子之间的相互作用，从而创建一个完全混乱的系统，或者一个完全没有混乱的系统，或者介于两者之间。”在这样做的过程中，人们发现混沌的存在决定了样本粒子的量子态是否显示出玻尔兹曼温度分布。
“在没有对随机分布或热力学规则做任何假设的情况下，热力学行为完全由量子理论产生——如果样本粒子和热浴的组合系统表现为量子混沌。这种行为符合著名的玻尔兹曼公式的程度是由混沌的强度决定的，”Joachim解释说Burgd?rfer。
这是三个重要理论之间的相互作用被多粒子计算机模拟严格证明的第一个案例之一:量子理论、热力学和混沌理论。
这项研究发表在《熵》杂志上。
更多信息:Mahdi Kourehpaz等人，混合系统特征态的规范密度矩阵，熵(2022)。DOI: 10.3390 / e24121740
由维也纳理工大学提供
引用本文:混沌理论如何在量子理论和热力学之间进行中介(2022,12月14日)检索到2022年12月14日从https://phys.org/news/2022-12-chaos-theory-quantum-thermodynamics.html
黄瓜视频在线观看这份文件受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。内容仅供参考之用。
