物理學家們或已打破熱力學第二定律

熱力學定律是現代物理中最重要的基本原則，因為它們定義了溫度、能量和熵這三種基礎物理量在各種環境下的表現。

但現在物理學家們表示他們找到了其中一條定律的漏洞，它會導致熵隨著時間減少。

感謝現代物理，基本上宇宙中的每件事都可以用這兩個理論來解釋：恆星、星系和宇宙本身等較大的物體可以採用廣義相對論；而量子力學則可以解釋原子標度的行為。

在這兩個框架內，我們有四條熱力學定律，它們描述了熱能轉變為各種不同能量和從各種不同能量轉化而來的方式，以及這些轉化對各種形式的物質帶來的影響。

基本上，如果你想知道能量如何在一個系統內轉移，比如從原子轉移到黑洞，那麼你就會需要這些定律。

目前最令我們感興趣的是熱力學第二定律，其具體表述為不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不產生其他影響，或不可能從單一熱源取熱使之完全轉換為有用的功而不產生其他影響，或不可逆熱力過程中熵(封閉或者鼓勵體系內隨機性或無序性的度量)的微增量總是大於零。

正如Alok Jha在《衛報》中解釋的那樣，熱力學第二定律的意義可能比熱力學第一定律的意義還要深遠，第一定律描述了我們的宇宙能做的事情有限。(熱力學第一定律：熱量可以從一個物體傳遞到另一個物體，也可以與機械能或其他能量互相轉換，但是在轉換過程中，能量的總值保持不變)它給了我們一個時間箭頭，告訴我們宇宙終將不可避免地變得荒涼。

但如果情況並非如此呢？如果你能夠創造出一個熵值減少的系統呢？比如雞蛋能夠還原它自己？

美國能源部阿貢國家實驗室的研究人員們表示他們也許發現了熱力學第二定律的漏洞，不過是從微觀層面上來看的，並且它轉瞬即逝。

英國物理學家麥克斯韋

他們研究了支持熱力學第二定律的統計概念——H定理。它指的是如果你打開一冷一熱兩個房間中間的門，那麼它們最終都會穩定在不冷不熱的平衡狀態。

由於物理學家們不可能描繪出單個分子在這一場景下的移動，因此他們只能以團體為單位來研究分子，而非個體。

為了了解在實際情況下H定理描述的單個分子行為，阿貢實驗室團隊決定在量子範圍內研究它。

他們將量子資訊理論應用到凝聚態物理學中，提出了新的量子H定理模型。

研究員Ivan Sadovskyy表示：「這使得我們能夠制定量子H定理。它讓記錄詳盡的量子物理過程與構成量子資訊理論的量子理論通道之間建立了聯繫。」

研究人員們稱在他們的新量子H定理模型中，會出現熵值暫時減少的情況。他們將研究結果比作與麥克斯韋妖(在物理學中，假想的能探測並控制單個分子運動的「類人妖」或功能相同的機制，是1871年由19世紀英國物理學家麥克斯韋為了說明違反熱力學第二定律的可能性而設想的)。

麥克斯韋提出如果在兩間不冷不熱的房間之間的房門處，坐著一隻很小的量子妖，並且它只讓粒子以特定速度通過，那麼它就能有效地控制溫度的流動，讓一間房變暖而另外一間變冷。

阿貢實驗室團隊進一步提出了一種數學模型，展現某個量子系統臨時出現熵值負增長的情況，即熵值降低的情況。

研究員Valerii Vinokur說道：「雖然這種違例情況只出現在了局限範圍內，但它帶來的影響卻很深遠。它給我們帶來了實現量子麥克斯韋妖的平台，讓局部量子永動機成為可能。」

這個話題備受矚目和爭議，研究人員們希望擴大他們的團隊，並根據他們的量子H定理模型設計一個概念驗證系統。

我們將對此拭目以待。該研究已被發表在Scientific Reports上。

[肌肉桃 via ScienceAlert]

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