科學家發現熱動力學在原子規模上也會變得非常怪異

冰塊融化來冷卻熱咖啡，這是全世界熟悉的方法，銘記在熱動力學定律里，所有的東西不去動它的話傾向於達到相同的溫度，稱為熱平衡(thermodynamic equilibrium)。

但是當我們考慮到個別原子時，事情不是這麼直截了當地。加州大學洛杉磯分校研究人員研究緩衝氣體冷卻(buffer gas cooling)過程，一項技術藉由將它們浸沒在冰冷的原子云來冷卻離子，在傳統狀況里，冰冷的原子應該會從離子偷一些能量，然後你應該會得到較冷的離子。

然而，事情並非永遠都是這樣的。發表於自然通訊期刊(Nature Communications)的一篇論文，研究小組發現這些離子的最後溫度是取決於最初溫度，但也取決於離子的數量。

共同作者Eric Hudson教授在一份聲明中說：「這個來自熟悉的熱動力學定律的明顯背離，是類似於我們的熱蘋果派，不是一如期待的冷卻，就是自發性地爆發出火焰，端賴它被放在窗戶時的確切溫度。」

在這項特別研究，藉由浸泡在一個3百萬顆雷射冷卻的鈣原子云，研究小組試著冷卻多達10顆鋇離子(barium ion)。一旦這個鈣雲被移開，這些離子應該已經冷卻下來，但有時候並沒有。

這項技術在許多方面是一個微型化的冰箱，有一個冷卻劑(冰冷的原子)把熱從物體中取走。不幸的是，在那樣的規模，有非平衡的活動在運行。緩衝氣體冷卻一定是比之前的想法更微妙，整個系統的複雜性需要被考慮。

在Hudson實驗室工作的首席作者Steven Schowalter補充：「我們的研究結果證明，你不能只是丟任何緩衝氣體到裝置里，不管它有多冷，而是要期待它運作得像是一個有效的冷卻劑。」

這項發現很明顯地沒有違反熱動力學定律。但當我們移到微觀世界裡，它顯示出即使是完美成熟的技術，也會變得有點稀奇古怪。當緩衝氣體冷卻被用到許多不同的應用，從法醫檢驗到反物質產生，了解全貌是很重要的。

TAG:趣味說 |

※我國科學家最新發現：暗能量或是動力學場
※科學家用量子力學證明我們的世界並不存在？
※科學家發現量子力學新效應，所有人都向外走，房間里人卻會越來越多
※科學家用量子力學證明靈魂的存在!顛覆三觀
※科學家發現量子力學新效應：所有人都向外走，房間里人卻會越來越多
※量子物理學不是魔術，但熱力學似乎是這樣的
※量子力學更怪了: 物理學家觀察到量子物質的一個新形態
※相比量子力學，更值得給孩子熱物理學
※相比量子力學，更值得給孩子的熱物理學
※量子力學讓科學與神學趨向統一
※全新形態液體無需外力自主流動，美科學家顛覆流體力學認知
※量子鳥比人類還先進，將量子力學運用得淋漓盡致，科學家自嘆不如
※量子力學可以讓無線充電變得更強大
※靈魂是否存存在？科學家用量子力學給出答案！
※量子力學會動搖我們對地球磁場認識？
※費曼為量子電動力學奉獻了一種劃時代的方法，卻說「沒人懂量子力學」
※為什麼量子力學會引起我們的困惑？——兼談玻爾的「現象」概念及互補原理
※科學家實現冰對甲烷水合物成核影響的分子動力學模擬
※量子力學——現實生活中的「魔鬼」