#热力学#发现违反热力学的量子现象：热量不会从高温量子，传到低温量子！ |量子|量子力学|

量子世界公然违背我们生活在相对较大宏观事物中时形成的直觉：比如山川、汽车、尘埃和你肉眼所能见到的万物。在量子世界中，量子纠缠的粒子可以在任何距离上保持特殊的连接，穿过障碍物，同时沿着多条路径行进。另一种不太为人所知的量子行为是动态局域化，这是一种现象，即尽管有稳定的能量供应，量子对象仍保持在相同的温度，这与冷对象总是会从较热的对象那里窃取热量的热力学定律背道而驰。

本文插图
即大家所熟知的热量自发地从高温物体传到低温物体，这个定律是热力学的基石之一。量子动态局域化无视这一原理的事实，意味着量子世界正在发生一些不寻常的事情：动态局域化可能是量子域结束和经典物理开始的一个极好探针。理解量子系统如何维持或未能维持量子行为，不仅对于我们理解宇宙，而且对于量子技术的实际发展都至关重要，其研究发现发表在《物理评论快报》期刊上。

本文插图
【#热力学#发现违反热力学的量子现象：热量不会从高温量子，传到低温量子！】
联合量子研究所博士后研究员科林·莱兰兹说：在某种程度上，对世界的量子描述，必须转变为我们看到的经典描述，人们相信这是通过相互作用来实现的。到目前为止，只观察到了单个量子物体的动态局域化，这使得它无法帮助确定发生转换的位置。为了探索这个问题，联合量子研究所的研究团队研究了数学模型，看看当许多量子粒子相互作用时，是否仍然会出现动态局域化。为了揭示物理学，必须制作模型来解释不同的温度、相互作用强度和时间长度。
与经典粒子完全不同
研究结果表明，即使强相互作用是研究的一部分，动态局域化也可能发生。其结果是一个例子，说明单个量子粒子的行为与经典粒子完全不同，然后即使增加了强相互作用，行为仍然类似于量子粒子，而不是经典粒子。其结果将动力学局域化从单粒子起源扩展到多个相互作用粒子的区域，但是为了可视化效果，从单个粒子开始仍然很有用。通常，单个粒子以旋转体的形式进行讨论，你可以将其想象为游乐场的旋转木马(或任何其他旋转成圆圈的物体) 。

本文插图
转子的能量(及其温度)与其旋转速度直接相关，而一个有稳定能量供应的转子（一个被定期“踢”一下的转子）是一种直观地显示量子物理和经典物理中能量流动差异的便捷方式。例如，想象一下大力神不知疲倦地刷着旋转木马，他的大多数滑动都会加快速度，但偶尔一次滑动会导致落地不佳，速度变慢。在这些(想象的)条件下，正常的旋转木马会越来越快地旋转，积累越来越多的能量，直到振动最终把整个东西震得粉碎。

本文插图
从理论上讲，这代表了一个正常转子是如何在不触及能量极限的情况下永远升温。在量子世界中，事情的发展不同，对于量子旋转木马来说，每一次滑动都不会简单地增加或降低速度。取而代之的是，每一次轻扫都会在不同的速度上产生量子叠加，代表着找到以不同速度旋转的转子的机会。只有在进行测量之后，才会从前面的“踢”引起量子叠加中出现特定的速度。之前的研究，无论是理论还是实验上的，都表明一开始量子转子的行为与普通转子并没有太大不同。
违反热力学的量子现象
因为这一区别，就平均而言，量子旋转木马在经历更多“踢”后也会有更多能量。但是一旦量子转子被踢得足够重，它的速度就会趋于平稳。在某一点之后，量子大力神的不懈努力(平均而言)并没有增加量子旋转木马的能量。这种行为在概念上类似于另一种违反热力学的量子现象，称为安德森定域化。凝聚态物理学创始人之一菲利普·安德森因发现这一现象而获得诺贝尔奖。菲利普·安德森和同事解释了为什么量子粒子，比如电子，会被困住，尽管有很多明显的移动机会。