การปฏิวัติทางอุณหพลศาสตร์ควอนตัม

การปฏิวัติทางอุณหพลศาสตร์ควอนตัม

jumbo jili

ในหนังสือของเขาในปี ค.ศ. 1824 เรื่อง Reflections on the Motive Power of Fire วิศวกรชาวฝรั่งเศส Sadi Carnot วัย 28 ปี ได้คิดค้นสูตรว่าเครื่องยนต์ไอน้ำสามารถแปลงความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งปัจจุบันทราบกันดีอยู่แล้วว่าเป็นพลังงานสุ่มกระจายไปสู่การทำงาน พลังงานที่เป็นระเบียบที่อาจดันลูกสูบหรือหมุนวงล้อ สิ่งที่ Carnot แปลกใจก็คือ เขาค้นพบว่าประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ที่สมบูรณ์แบบนั้นขึ้นอยู่กับความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างแหล่งความร้อนของเครื่องยนต์ (โดยทั่วไปคือไฟ) และแผ่นระบายความร้อน (โดยทั่วไปคืออากาศภายนอก) งานเป็นผลพลอยได้ Carnot ตระหนักโดยธรรมชาติแล้วความร้อนจะผ่านไปยังร่างกายที่เย็นกว่าจากที่อุ่นกว่า

สล็อต

คาร์โนต์เสียชีวิตด้วยอหิวาตกโรคเมื่อแปดปีต่อมา ก่อนที่เขาจะได้เห็นสูตรประสิทธิภาพของเขาพัฒนาในศตวรรษที่ 19 ไปสู่ทฤษฎีทางอุณหพลศาสตร์ ซึ่งเป็นชุดของกฎสากลที่กำหนดความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิ ความร้อน งาน พลังงาน และเอนโทรปี ซึ่งเป็นการวัดระดับพลังงานที่ไม่หยุดนิ่ง แพร่กระจายจากร่างกายที่มีมากไปน้อย กฎของอุณหพลศาสตร์ไม่เพียงแต่ใช้กับเครื่องยนต์ไอน้ำเท่านั้นแต่ยังใช้ได้กับทุกอย่าง เช่น ดวงอาทิตย์ หลุมดำสิ่งมีชีวิตและทั้งจักรวาล ทฤษฎีนี้เรียบง่ายและเป็นแบบทั่วไปที่อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ถือว่ามีแนวโน้มว่า “จะไม่มีวันล้มล้าง”
นับตั้งแต่เริ่มต้น อุณหพลศาสตร์มีสถานะที่แปลกประหลาดอย่างแปลกประหลาดท่ามกลางทฤษฎีธรรมชาติ
“ถ้าทฤษฎีทางกายภาพเป็นคนอุณหพลศาสตร์จะเป็นแม่มดหมู่บ้าน” ฟิสิกส์ Lidia del Rio และผู้เขียนร่วมเขียนปีที่แล้วในวารสารทางฟิสิกส์ “ทฤษฏีอื่น ๆ พบว่าเธอค่อนข้างแปลก มีลักษณะที่แตกต่างจากที่อื่น แต่ทุกคนก็มาหาเธอเพื่อขอคำแนะนำ และไม่มีใครกล้าที่จะโต้แย้งกับเธอ”
ต่างจากแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาคซึ่งพยายามทำความเข้าใจกับสิ่งที่มีอยู่ กฎของอุณหพลศาสตร์บอกแต่สิ่งที่ทำได้และไม่สามารถทำได้ แต่สิ่งหนึ่งที่แปลกประหลาดที่สุดเกี่ยวกับทฤษฎีนี้คือกฎเหล่านี้ดูเหมือนเป็นอัตนัย ก๊าซที่ทำจากอนุภาคซึ่งโดยรวมแล้วทั้งหมดดูเหมือนจะมีอุณหภูมิเท่ากัน ดังนั้นจึงไม่สามารถทำงานได้ เมื่อตรวจสอบอย่างใกล้ชิด อาจมีความแตกต่างของอุณหภูมิระดับจุลทรรศน์ที่สามารถใช้ประโยชน์ได้ ดังที่ James Clerk Maxwell นักฟิสิกส์ในศตวรรษที่ 19 กล่าวไว้ “แนวคิดเรื่องการกระจายพลังงานขึ้นอยู่กับขอบเขตของความรู้ของเรา”
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ความเข้าใจเชิงปฏิวัติของอุณหพลศาสตร์ได้เกิดขึ้นที่อธิบายอัตวิสัยนี้โดยใช้ทฤษฎีข้อมูลควอนตัม – “เด็กเตาะแตะในทฤษฎีทางกายภาพ” ตามที่เดลริโอและผู้เขียนร่วมกล่าวไว้ ซึ่งอธิบายการแพร่กระจายของข้อมูลผ่านระบบควอนตัม เช่นเดียวกับที่เทอร์โมไดนามิกส์เติบโตขึ้นจากการพยายามปรับปรุงเครื่องยนต์ไอน้ำ นักอุณหพลศาสตร์ในปัจจุบันกำลังครุ่นคิดถึงการทำงานของเครื่องจักรควอนตัม เทคโนโลยีการหดตัว — เครื่องยนต์ไอออนเดียวและตู้เย็นสามอะตอม ทั้งคู่ได้รับการทดลองเป็นครั้งแรกภายในปีที่ผ่านมา — กำลังบังคับให้พวกเขาขยายอุณหพลศาสตร์ไปยังขอบเขตควอนตัม ซึ่งความคิดเช่นอุณหภูมิและงานสูญเสียความหมายตามปกติ และ กฎคลาสสิกไม่จำเป็นต้องใช้
พวกเขาได้พบกฎหมายฉบับใหม่ที่เป็นควอนตัมที่ขยายขนาดไปถึงต้นฉบับ การเขียนทฤษฎีใหม่จากล่างขึ้นบนได้นำผู้เชี่ยวชาญมาดัดแปลงแนวคิดพื้นฐานในแง่ของธรรมชาติเชิงอัตวิสัย และเพื่อคลี่คลายความสัมพันธ์ที่ลึกซึ้งและบ่อยครั้งที่น่าประหลาดใจระหว่างพลังงานและข้อมูล ซึ่งเป็นนามธรรม 1 และ 0 ที่ทำให้สถานะทางกายภาพมีความโดดเด่นและความรู้เป็น วัด “อุณหพลศาสตร์ควอนตัม” เป็นสาขาวิชาที่กำลังสร้าง โดยมีการผสมผสานระหว่างความอุดมสมบูรณ์และความสับสน
“เรากำลังเข้าสู่โลกใหม่ที่กล้าหาญของอุณหพลศาสตร์” แซนดู โปเปสคูนักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยบริสตอล ซึ่งเป็นหนึ่งในผู้นำของความพยายามในการวิจัยกล่าว “แม้ว่าจะเริ่มต้นได้ดีมากก็ตาม” เขากล่าว โดยอ้างถึงเทอร์โมไดนามิกส์แบบคลาสสิก “ตอนนี้เรากำลังมองมันในวิธีใหม่ทั้งหมด”
เอนโทรปีเป็นความไม่แน่นอน
ในจดหมายฉบับหนึ่งถึงปี ค.ศ. 1867 ที่ส่งถึงเพื่อนชาวสกอตปีเตอร์ เทอิต แมกซ์เวลล์บรรยายถึงความขัดแย้งที่โด่งดังในขณะนี้ซึ่งบอกใบ้ถึงความเชื่อมโยงระหว่างอุณหพลศาสตร์และข้อมูล ความขัดแย้งที่เกี่ยวข้องกับกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ – กฎที่เอนโทรปีมักจะเพิ่มขึ้น – ซึ่งเซอร์อาร์เธอร์เอดดิงตันกล่าวในภายหลังว่า “ดำรงตำแหน่งสูงสุดท่ามกลางกฎแห่งธรรมชาติ” ตามกฎข้อที่สอง พลังงานจะกลายเป็นสิ่งที่ไม่เป็นระเบียบมากขึ้นและมีประโยชน์น้อยลงเมื่อพลังงานแพร่กระจายไปยังวัตถุที่เย็นกว่าจากที่ร้อนกว่าและความแตกต่างของอุณหภูมิจะลดลง (จำได้ว่าการค้นพบของคาร์โนต์ว่าคุณต้องการร่างกายที่ร้อนและร่างกายที่เย็นชาเพื่อทำงาน) ไฟไหม้ดับไป กาแฟเย็น ๆ สักแก้ว และจักรวาลก็พุ่งไปสู่สภาวะที่มีอุณหภูมิสม่ำเสมอที่เรียกว่า “ความร้อนตาย” หลังจากนั้นก็ไม่สามารถทำงานได้อีกต่อไป จะทำ
นักฟิสิกส์ชาวออสเตรียผู้ยิ่งใหญ่ Ludwig Boltzmann แสดงให้เห็นว่าพลังงานกระจายตัวและเอนโทรปีเพิ่มขึ้นตามสถิติง่ายๆ: มีหลายวิธีในการแพร่กระจายพลังงานระหว่างอนุภาคในระบบมากกว่าการกระจุกตัวในบางส่วน ดังนั้นเมื่ออนุภาคเคลื่อนที่ไปมาและ มีปฏิสัมพันธ์โดยธรรมชาติแล้วพวกมันมักจะมุ่งสู่สถานะที่มีการแบ่งปันพลังงานของพวกเขามากขึ้น
แต่จดหมายของแมกซ์เวลล์อธิบายถึงการทดลองทางความคิดซึ่งผู้รู้แจ้งซึ่งต่อมาเรียกว่าอสูรของแมกซ์เวลล์ ใช้ความรู้เพื่อลดเอนโทรปีและละเมิดกฎข้อที่สอง ปีศาจรู้ตำแหน่งและความเร็วของทุกโมเลกุลในภาชนะบรรจุก๊าซ โดยการแบ่งภาชนะและการเปิดและปิดประตูเล็ก ๆ ระหว่างห้องทั้งสอง ปีศาจปล่อยให้โมเลกุลที่เคลื่อนที่เร็วเข้าด้านหนึ่งเท่านั้น ในขณะที่ปล่อยให้โมเลกุลที่ช้าเท่านั้นที่จะไปอีกทางหนึ่ง การกระทำของปีศาจแบ่งแก๊สออกเป็นร้อนและเย็น โดยเน้นพลังงานและลดเอนโทรปีโดยรวม ก๊าซที่ครั้งหนึ่งเคยไร้ประโยชน์สามารถนำไปใช้งานได้แล้ว
แมกซ์เวลล์และคนอื่นๆ สงสัยว่ากฎของธรรมชาติสามารถพึ่งพาความรู้หรือความไม่รู้ของตำแหน่งและความเร็วของโมเลกุลได้อย่างไร หากกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ขึ้นอยู่กับข้อมูลของบุคคล ความจริงในแง่ใด
อีกหนึ่งศตวรรษต่อมา นักฟิสิกส์ชาวอเมริกันCharles Bennett ที่สร้างงานโดย Leo Szilard และ Rolf Landauer ได้แก้ไขความขัดแย้งด้วยการเชื่อมโยงอุณหพลศาสตร์อย่างเป็นทางการกับวิทยาศาสตร์ข้อมูลรุ่นใหม่ เบนเน็ตต์แย้งว่าความรู้ของปีศาจนั้นถูกเก็บไว้ในความทรงจำของมัน และต้องล้างความทรงจำ ซึ่งต้องใช้ความพยายาม (ในปี 1961 รถ Landauer คำนวณว่าที่อุณหภูมิห้อง คอมพิวเตอร์จะใช้พลังงานอย่างน้อย 2.9 zeptojoules เพื่อลบข้อมูลที่เก็บไว้หนึ่งบิต) กล่าวอีกนัยหนึ่ง ขณะที่ปีศาจจัดแก๊สให้เป็นร้อนและเย็นและลดเอนโทรปีของแก๊ส สมองของมันเผาผลาญพลังงานและสร้างเอนโทรปีมากเกินพอที่จะชดเชยได้ เอนโทรปีโดยรวมของระบบแก๊ส-ปีศาจเพิ่มขึ้น ซึ่งเป็นไปตามกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์
ผลการวิจัยพบว่า ดังที่ Landauer กล่าวไว้ “ข้อมูลเป็นสิ่งที่เป็นรูปธรรม” ยิ่งคุณมีข้อมูลมากเท่าใด คุณก็ยิ่งดึงข้อมูลงานได้มากขึ้นเท่านั้น อสูรของ Maxwell สามารถบีบแก๊สที่อุณหภูมิเดียวได้ เพราะมันมีข้อมูลมากกว่าผู้ใช้ทั่วไป

สล็อตออนไลน์

แต่ต้องใช้เวลาอีกครึ่งศตวรรษและการเพิ่มขึ้นของทฤษฎีข้อมูลควอนตัม ซึ่งเป็นสาขาที่เกิดจากการแสวงหาคอมพิวเตอร์ควอนตัม เพื่อให้นักฟิสิกส์สำรวจความหมายที่น่าตกใจได้อย่างเต็มที่
ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา Popescu และเพื่อนร่วมงานในบริสตอลของเขาพร้อมกับกลุ่มอื่น ๆได้แย้งว่าพลังงานแพร่กระจายไปยังวัตถุเย็นจากวัตถุร้อนเนื่องจากวิธีที่ข้อมูลแพร่กระจายระหว่างอนุภาค ตามทฤษฎีควอนตัม คุณสมบัติทางกายภาพของอนุภาคมีความน่าจะเป็น แทนที่จะแสดงเป็น 1 หรือ 0 พวกเขาสามารถมีความน่าจะเป็นที่จะเป็น 1 และความน่าจะเป็นที่จะเป็น 0 ในเวลาเดียวกัน เมื่ออนุภาคมีปฏิสัมพันธ์ พวกมันยังสามารถเข้าไปพัวพันกัน โดยรวมการแจกแจงความน่าจะเป็นที่อธิบายทั้งสองสถานะเข้าด้วยกัน เสาหลักของทฤษฎีควอนตัมคือข้อมูล — ความน่าจะเป็น 1 และ 0 ที่เป็นตัวแทนของสถานะของอนุภาค — จะไม่มีวันสูญหาย (สถานะปัจจุบันของจักรวาลเก็บรักษาข้อมูลทั้งหมดเกี่ยวกับอดีต)
อย่างไรก็ตาม เมื่อเวลาผ่านไป เมื่ออนุภาคโต้ตอบและพัวพันกันมากขึ้น ข้อมูลเกี่ยวกับสถานะแต่ละสถานะจะแพร่กระจายและถูกสับเปลี่ยนและแบ่งปันระหว่างอนุภาคต่างๆ มากขึ้นเรื่อยๆ โปเปสคุและเพื่อนร่วมงานของเขาเชื่อว่าลูกศรของการเพิ่มพัวพันควอนตัมรองรับการเพิ่มขึ้นคาดว่าในเอนโทรปี – The ลูกศรอุณหพลศาสตร์ของเวลา กาแฟหนึ่งถ้วยเย็นตัวลงจนถึงอุณหภูมิห้อง เนื่องจากเมื่อโมเลกุลของกาแฟชนกับโมเลกุลของอากาศ ข้อมูลที่เข้ารหัสพลังงานของพวกมันจะรั่วไหลออกมาและถูกแบ่งปันโดยอากาศโดยรอบ
การทำความเข้าใจเกี่ยวกับเอนโทรปีเป็นการวัดแบบอัตนัยทำให้จักรวาลโดยรวมมีวิวัฒนาการโดยไม่สูญเสียข้อมูล แม้ในขณะที่บางส่วนของจักรวาล เช่น กาแฟ เครื่องยนต์ และผู้คน ประสบกับเอนโทรปีที่เพิ่มขึ้นเมื่อข้อมูลควอนตัมของพวกมันเจือจางลง เอนโทรปีทั่วโลกของจักรวาลยังคงเป็นศูนย์ตลอดไป
Renato Rennerศาสตราจารย์ที่ ETH Zurich ในสวิตเซอร์แลนด์ อธิบายว่านี่เป็นการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในมุมมอง เมื่อ 15 ปีที่แล้ว “เราคิดว่าเอนโทรปีเป็นสมบัติของระบบเทอร์โมไดนามิกส์” เขากล่าว “ในทฤษฎีสารสนเทศ เราจะไม่พูดว่าเอนโทรปีเป็นคุณสมบัติของระบบ แต่เป็นสมบัติของผู้สังเกตการณ์ที่อธิบายระบบ”
นอกจากนี้ แนวคิดที่ว่าพลังงานมีสองรูปแบบ คือ ความร้อนที่ไร้ประโยชน์และงานที่มีประโยชน์ “สมเหตุสมผลสำหรับเครื่องยนต์ไอน้ำ” Renner กล่าว “ในรูปแบบใหม่ มีสเปกตรัมทั้งหมดอยู่ระหว่างนั้น นั่นคือพลังงานที่เรามีข้อมูลบางส่วน”
เอนโทรปีและอุณหพลศาสตร์เป็น “ความลึกลับน้อยกว่ามากในมุมมองใหม่นี้” เขากล่าว “นั่นเป็นเหตุผลที่คนชอบมุมมองใหม่มากกว่ามุมมองเก่า”
อุณหพลศาสตร์จากสมมาตร
ความสัมพันธ์ระหว่างข้อมูลพลังงานและอื่น ๆ “ปริมาณป่าสงวน” ซึ่งสามารถเปลี่ยนมือ แต่ไม่เคยถูกทำลายเอาเปิดใหม่ในสองเอกสารเผยแพร่พร้อมกันเมื่อเดือนกรกฎาคมในการสื่อสารธรรมชาติ , หนึ่งโดยทีมบริสตอและอื่นโดยทีมงานที่รวมโจนาธาน Oppenheimที่มหาวิทยาลัยคอลเลจลอนดอน ทั้งสองกลุ่มมีแนวคิดเกี่ยวกับระบบควอนตัมสมมุติฐานที่ใช้ข้อมูลเป็นสกุลเงินสำหรับการซื้อขายระหว่างกัน ทรัพยากรที่เป็นวัสดุมากขึ้น

jumboslot

ลองนึกภาพภาชนะขนาดใหญ่หรืออ่างเก็บน้ำของอนุภาคที่มีทั้งพลังงานและโมเมนตัมเชิงมุม (พวกมันเคลื่อนที่ไปมาและหมุน) อ่างเก็บน้ำนี้เชื่อมต่อกับทั้งน้ำหนักซึ่งใช้พลังงานในการยก และแท่นหมุนซึ่งใช้โมเมนตัมเชิงมุมเพื่อเพิ่มความเร็วหรือลดความเร็ว โดยปกติอ่างเก็บน้ำเพียงแห่งเดียวไม่สามารถทำงานได้ – สิ่งนี้กลับไปสู่การค้นพบของ Carnot เกี่ยวกับความต้องการอ่างเก็บน้ำร้อนและเย็น แต่นักวิจัยพบว่าอ่างเก็บน้ำที่มีปริมาณการอนุรักษ์หลายตัวปฏิบัติตามกฎที่แตกต่างกัน “หากคุณมีปริมาณทางกายภาพที่แตกต่างกันสองปริมาณที่อนุรักษ์ไว้ เช่น พลังงานและโมเมนตัมเชิงมุม” Popescu กล่าว “ตราบใดที่คุณมีอ่างอาบน้ำที่มีทั้งสองปริมาณ คุณก็จะสามารถแลกเปลี่ยนระหว่างกันได้”
ในระบบแท่นหมุนแบบถังเก็บน้ำหนักตามสมมุติฐาน น้ำหนักสามารถยกขึ้นได้เมื่อแท่นหมุนช้าลง หรือในทางกลับกัน การลดน้ำหนักจะทำให้แท่นหมุนหมุนเร็วขึ้น นักวิจัยพบว่าข้อมูลควอนตัมที่อธิบายสถานะพลังงานและการหมุนของอนุภาคสามารถทำหน้าที่เป็นสกุลเงินชนิดหนึ่งที่ช่วยให้สามารถซื้อขายระหว่างพลังงานของอ่างเก็บน้ำกับโมเมนตัมเชิงมุมได้ แนวคิดที่ว่าปริมาณที่อนุรักษ์ไว้สามารถแลกเปลี่ยนกันในระบบควอนตัมเป็นเรื่องใหม่ มันอาจชี้ให้เห็นถึงความจำเป็นในทฤษฎีทางอุณหพลศาสตร์ที่สมบูรณ์กว่านี้ ซึ่งไม่เพียงแต่อธิบายการไหลของพลังงานเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างปริมาณที่อนุรักษ์ไว้ในจักรวาลด้วย
ความจริงที่ว่าพลังงานครอบงำเรื่องราวทางอุณหพลศาสตร์มาจนถึงตอนนี้อาจเป็นสถานการณ์มากกว่าที่จะลึกซึ้ง Oppenheim กล่าว คาร์โนต์และผู้สืบทอดของเขาอาจพัฒนาทฤษฎีทางอุณหพลศาสตร์ที่ควบคุมการไหลของโมเมนตัมเชิงมุมเพื่อให้สอดคล้องกับทฤษฎีเครื่องยนต์ของพวกเขา หากมีความจำเป็นเท่านั้น “เรามีแหล่งพลังงานอยู่รอบตัวเราซึ่งเราต้องการสกัดและใช้งาน” ออพเพนไฮม์กล่าว “มันเกิดขึ้นที่เราไม่มีอ่างความร้อนโมเมนตัมเชิงมุมขนาดใหญ่รอบตัวเรา เราไม่พบไจโรสโคปขนาดใหญ่”
Popescu ผู้ได้รับรางวัล Dirac Medal เมื่อปีที่แล้วสำหรับข้อมูลเชิงลึกของเขาในทฤษฎีข้อมูลควอนตัมและรากฐานของควอนตัมกล่าวว่าเขาและผู้ทำงานร่วมกันของเขาทำงานโดย “ผลักกลศาสตร์ควอนตัมไปที่มุมหนึ่ง” รวมตัวกันที่กระดานดำและให้เหตุผลถึงความเข้าใจใหม่หลังจากนั้น มันง่ายที่จะได้สมการที่เกี่ยวข้อง การรับรู้บางอย่างอยู่ในขั้นตอนการตกผลึก ในการสนทนาทางโทรศัพท์หลายครั้งในเดือนมีนาคม Popescu ได้กล่าวถึงการทดลองทางความคิดแบบใหม่ที่แสดงให้เห็นความแตกต่างระหว่างข้อมูลกับปริมาณที่อนุรักษ์ไว้อื่นๆ และระบุว่าความสมมาตรในธรรมชาติอาจทำให้สิ่งเหล่านี้แตกต่างออกไปได้อย่างไร
“สมมุติว่าคุณและฉันกำลังอาศัยอยู่บนดาวเคราะห์ดวงอื่นในกาแลคซีห่างไกล” เขากล่าว และสมมติว่าเขา โปเปสคู ต้องการสื่อสารที่คุณควรมองหาเพื่อค้นหาดาวเคราะห์ของเขา ปัญหาเดียวคือ มันเป็นไปไม่ได้ทางร่างกาย: “ฉันสามารถส่งเรื่องราวของแฮมเล็ตให้คุณ แต่ฉันไม่สามารถบอกทิศทางให้คุณได้”
ไม่มีทางที่จะแสดงเป็นสตริง 1 และ 0 ที่บริสุทธิ์และไร้ทิศทางซึ่งจะค้นหากาแลคซีของกันและกันเพราะ “ธรรมชาติไม่ได้ให้ [กรอบอ้างอิง] ที่เป็นสากล” Popescu กล่าว ถ้าเป็นเช่นนั้น ตัวอย่างเช่น ลูกศรเล็กๆ ถูกเย็บทุกหนทุกแห่งในโครงสร้างของจักรวาล เพื่อระบุทิศทางของการเคลื่อนที่ สิ่งนี้จะละเมิด “ความแปรปรวนในการหมุน” ซึ่งเป็นความสมมาตรของจักรวาล สแครชจะเริ่มหมุนเร็วขึ้นเมื่อสอดคล้องกับการเคลื่อนที่ของเอกภพ และโมเมนตัมเชิงมุมดูเหมือนจะไม่อนุรักษ์ไว้ Emmy Noether นักคณิตศาสตร์ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 แสดงให้เห็นว่าสมมาตรทุกอย่างมาพร้อมกับกฎการอนุรักษ์: ความสมมาตรในการหมุนของจักรวาลสะท้อนให้เห็นถึงการรักษาปริมาณที่เราเรียกว่าโมเมนตัมเชิงมุม
ดูเหมือนว่าไม่สามารถแสดงทุกอย่างเกี่ยวกับจักรวาลในแง่ของข้อมูลอาจเกี่ยวข้องกับการค้นหาคำอธิบายพื้นฐานเพิ่มเติมของธรรมชาติ ในปีที่ผ่านมานักทฤษฎีจำนวนมากได้มาเชื่อว่าพื้นที่เวลา, ผ้าโก่งของจักรวาลและสสารและพลังงานภายในก็อาจจะมีโฮโลแกรมที่เกิดขึ้นจากการที่เครือข่ายของข้อมูลควอนตัมพันกันยุ่ง “เราต้องระวัง” Oppenheim กล่าว “เพราะข้อมูลมีพฤติกรรมแตกต่างจากคุณสมบัติทางกายภาพอื่น ๆ เช่นกาลอวกาศ”
การรู้ความเชื่อมโยงเชิงตรรกะระหว่างแนวคิดต่างๆ ยังช่วยให้นักฟิสิกส์หาเหตุผลในหลุมดำวัตถุลึกลับกลืนกาลอวกาศที่รู้กันว่ามีอุณหภูมิและเอนโทรปี และที่แผ่ข้อมูลออกมา “ลักษณะที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งของหลุมดำคืออุณหพลศาสตร์ของหลุมดำ” Popescu กล่าว “แต่ประเภทของอุณหพลศาสตร์ที่พวกเขาพูดคุยกันในหลุมดำ เพราะมันเป็นเรื่องที่ซับซ้อนมาก ยังคงเป็นประเภทดั้งเดิมมากกว่า เรากำลังพัฒนามุมมองใหม่ทั้งหมดเกี่ยวกับอุณหพลศาสตร์” “หลีกเลี่ยงไม่ได้” เขากล่าว “เครื่องมือใหม่เหล่านี้ที่เรากำลังพัฒนาจะกลับมาและถูกใช้ในหลุมดำ”
สิ่งที่ต้องบอกนักเทคโนโลยี
Janet Andersนักวิทยาศาสตร์ข้อมูลควอนตัมที่มหาวิทยาลัย Exeter ใช้แนวทางที่ขับเคลื่อนด้วยเทคโนโลยีเพื่อทำความเข้าใจเกี่ยวกับอุณหพลศาสตร์ควอนตัม Anders กล่าวว่า “ถ้าเราไปไกลขึ้นเรื่อยๆ [ในระดับ] เราจะไปถึงพื้นที่ที่เราไม่มีทฤษฎีที่ดีพอ” Anders กล่าว “และคำถามคือ เราต้องรู้อะไรเกี่ยวกับภูมิภาคนี้เพื่อบอกนักเทคโนโลยี”

slot

ในปี 2555 Anders ได้ก่อตั้งและร่วมก่อตั้งเครือข่ายการวิจัยในยุโรปที่อุทิศให้กับอุณหพลศาสตร์ควอนตัมซึ่งปัจจุบันมีสมาชิก 300 คน กับเพื่อนร่วมงานของเธอในเครือข่าย เธอหวังว่าจะค้นพบกฎเกณฑ์ที่ควบคุมการเปลี่ยนแปลงของควอนตัมของเครื่องยนต์ควอนตัมและตู้เย็น ซึ่งอาจสักวันหนึ่งจะขับเคลื่อนหรือทำให้คอมพิวเตอร์เย็นลง หรือนำไปใช้ในแผงโซลาร์เซลล์ วิศวกรรมชีวภาพ และการใช้งานอื่นๆ นักวิจัยเริ่มเข้าใจดีขึ้นแล้วว่าเครื่องยนต์ควอนตัมสามารถทำอะไรได้บ้าง ในปี 2015 Raam Uzdin และเพื่อนร่วมงานที่มหาวิทยาลัยฮิบรูแห่งเยรูซาเลมคำนวณว่าเครื่องยนต์ควอนตัมสามารถเอาชนะเครื่องยนต์คลาสสิกได้ เครื่องยนต์ความน่าจะเป็นเหล่านี้ยังคงเป็นไปตามสูตรประสิทธิภาพของ Carnot ในแง่ของปริมาณงานที่สามารถรับได้จากพลังงานที่ส่งผ่านระหว่างวัตถุที่ร้อนและเย็น แต่บางครั้งพวกมันก็สามารถดึงงานออกมาได้เร็วกว่ามาก ทำให้พวกมันมีพลังมากขึ้น เครื่องยนต์ที่ทำจากไอออนเดี่ยวได้รับการสาธิตการทดลองและรายงานในScienceเมื่อเดือนเมษายน 2016 แม้ว่าจะไม่ได้ควบคุมผลควอนตัมที่ช่วยเพิ่มกำลัง

This entry was posted in Slot and tagged , , . Bookmark the permalink.