Термализация
В физике термализация термализация (или теплового ) — это процесс достижения физическими телами равновесия посредством взаимного взаимодействия. В общем, естественная тенденция системы — к состоянию равнораспределения энергии и однородной температуры системы , которое максимизирует энтропию . Таким образом, термализация, тепловое равновесие и температура являются важными фундаментальными концепциями статистической физики , статистической механики и термодинамики ; все они являются основой для многих других конкретных областей научного понимания и инженерного применения .
Примеры термализации включают:
- достижение равновесия в плазме . [1]
- процесс, которому подвергаются нейтроны высокой энергии , когда они теряют энергию при столкновении с замедлителем . [2]
- процесс тепла или фононов излучения носителями заряда в солнечном элементе после фотона , энергия которого превышает полупроводника . ширину запрещенной зоны поглощения [3]
Гипотеза, лежащая в основе большинства вводных учебников по квантовой статистической механике , [4] предполагает, что системы приходят к тепловому равновесию (термализации). Процесс термализации стирает локальную память о начальных условиях. Гипотеза термализации собственных состояний — это гипотеза о том, когда квантовые состояния подвергнутся термализации и почему.
Не все квантовые состояния подвергаются термализации. Были обнаружены некоторые состояния, которые этого не делают (см. Ниже), и по состоянию на март 2019 г. причины их не достижения теплового равновесия неясны. [update].
Теоретическое описание
[ редактировать ]Процесс уравновешивания можно описать с помощью H-теоремы или теоремы о релаксации : [5] см. также производство энтропии .
Системы, устойчивые к термализации
[ редактировать ]Некоторые из таких явлений, противостоящих тенденции к термализации, включают (см., например, квантовый шрам ): [6]
- Обычные квантовые шрамы, [7] [8] [9] [10] которые относятся к собственным состояниям с повышенной плотностью вероятности на нестабильных периодических орбитах, намного превышающей ту, которую можно интуитивно предсказать из классической механики.
- Квантовые рубцы, вызванные возмущениями: [11] [12] [13] [14] [15] несмотря на внешнее сходство с обычными рубцами, эти рубцы имеют новый механизм, основанный на комбинированном эффекте почти вырожденных состояний и пространственно локализованных возмущений. [11] [15] и их можно использовать для распространения квантовых волновых пакетов в неупорядоченной квантовой точке с высокой точностью. [12]
- Многочастичные квантовые шрамы.
- Многочастичная локализация (МБЛ), [16] квантовые системы многих тел, сохраняющие память о своем начальном состоянии в локальных наблюдаемых в течение произвольного промежутка времени. [17] [18]
Другими системами, которые сопротивляются термализации и которые лучше изучены, являются квантовые интегрируемые системы. [19] и системы с динамической симметрией . [20]
Ссылки
[ редактировать ]
- ^ «Столкновения и термализация» . sdphca.ucsd.edu . Проверено 14 мая 2018 г.
- ^ «NRC: Глоссарий — Термализация» . www.nrc.gov . Проверено 14 мая 2018 г.
- ^ Андерссон, Олоф; Кемеринк, Мартейн (декабрь 2020 г.). «Повышение напряжения холостого хода в градиентных органических солнечных элементах путем устранения потерь при термализации» . Солнечная РРЛ . 4 (12): 2000400. doi : 10.1002/solr.202000400 . ISSN 2367-198X . S2CID 226343918 .
- ^ Сакурай Дж.Дж. 1985. Современная квантовая механика . Менло-Парк, Калифорния: Бенджамин/Каммингс
- ^ Рид, Джеймс С.; Эванс, Денис Дж.; Сирлз, Дебра Дж. (11 января 2012 г.). «Коммуникация: за пределами H-теоремы Больцмана: демонстрация теоремы о релаксации для немонотонного подхода к равновесию» (PDF) . Журнал химической физики . 136 (2): 021101. дои : 10.1063/1.3675847 . hdl : 1885/16927 . ISSN 0021-9606 . ПМИД 22260556 .
- ^ «Квантовые рубцы, кажется, бросают вызов стремлению Вселенной к беспорядку» . Журнал Кванта . 20 марта 2019 г. Проверено 24 марта 2019 г.
- ^ Хеллер, Эрик Дж. (15 октября 1984 г.). «Собственные функции связанных состояний классически хаотических гамильтоновых систем: шрамы периодических орбит» . Письма о физических отзывах . 53 (16): 1515–1518. Бибкод : 1984PhRvL..53.1515H . doi : 10.1103/PhysRevLett.53.1515 .
- ^ Каплан, Л. (1 января 1999 г.). «Шрамы в квантовых хаотических волновых функциях» . Нелинейность . 12 (2): Р1–Р40. дои : 10.1088/0951-7715/2/12/009 . ISSN 0951-7715 . S2CID 250793219 .
- ^ Каплан, Л.; Хеллер, Э.Дж. (10 апреля 1998 г.). «Линейная и нелинейная теория шрамов собственных функций» . Анналы физики . 264 (2): 171–206. arXiv : чао-дин/9809011 . Бибкод : 1998АнФиз.264..171К . дои : 10.1006/aphy.1997.5773 . ISSN 0003-4916 . S2CID 120635994 .
- ^ Хеллер, Эрик (5 июня 2018 г.). Полуклассический путь к динамике и спектроскопии . Издательство Принстонского университета. ISBN 978-1-4008-9029-3 . OCLC 1104876980 .
- ^ Jump up to: а б Кески-Рахконен, Дж.; Руханен, А.; Хеллер, Э.Дж.; Рясянен, Э. (21 ноября 2019 г.). «Квантовые шрамы Лиссажу» . Письма о физических отзывах . 123 (21): 214101. arXiv : 1911.09729 . Бибкод : 2019PhRvL.123u4101K . doi : 10.1103/PhysRevLett.123.214101 . ПМИД 31809168 . S2CID 208248295 .
- ^ Jump up to: а б Луукко, Пертту Дж. Дж.; Друри, Байрон; Клалес, Анна; Каплан, Лев; Хеллер, Эрик Дж.; Рясянен, Эса (28 ноября 2016 г.). «Сильное квантовое рубцевание местными примесями» . Научные отчеты . 6 (1): 37656. arXiv : 1511.04198 . Бибкод : 2016НатСР...637656Л . дои : 10.1038/srep37656 . ISSN 2045-2322 . ПМК 5124902 . ПМИД 27892510 .
- ^ Кески-Рахконен, Дж.; Луукко, PJJ; Каплан, Л.; Хеллер, Э.Дж.; Рясянен, Э. (20 сентября 2017 г.). «Управляемые квантовые шрамы в полупроводниковых квантовых точках» . Физический обзор B . 96 (9): 094204. arXiv : 1710.00585 . Бибкод : 2017PhRvB..96i4204K . дои : 10.1103/PhysRevB.96.094204 . S2CID 119083672 .
- ^ Кески-Рахконен, Дж; Луукко, PJJ; Аберг, С; Рясянен, Э (21 января 2019 г.). «Влияние рубцевания на квантовый хаос в неупорядоченных квантовых ямах» . Физический журнал: конденсированное вещество . 31 (10): 105301. arXiv : 1806.02598 . дои : 10.1088/1361-648x/aaf9fb . ISSN 0953-8984 . ПМИД 30566927 . S2CID 51693305 .
- ^ Jump up to: а б Кески-Рахконен, Йоонас (2020). Квантовый хаос в неупорядоченных двумерных наноструктурах . Университет Тампере. ISBN 978-952-03-1699-0 .
- ^ Нандкишор, Рахул; Хьюз, Дэвид А.; Абанин Д.А.; Сербин, М.; Папич, З. (2015). «Многочастичная локализация и термализация в квантовой статистической механике». Ежегодный обзор физики конденсированного состояния . 6 :15–38. arXiv : 1404.0686 . Бибкод : 2015ARCMP...6...15N . doi : 10.1146/annurev-conmatphys-031214-014726 . S2CID 118465889 .
- ^ Чой, Ж.-й.; Хильд, С.; Зейхер, Дж.; Шаусс, П.; Рубио-Абадал, А.; Йефса, Т.; Хемани, В.; Хаус, окружной прокурор; Блох, И.; Гросс, К. (2016). «Исследование перехода локализации многих тел в двух измерениях». Наука . 352 (6293): 1547–1552. arXiv : 1604.04178 . Бибкод : 2016Sci...352.1547C . doi : 10.1126/science.aaf8834 . ПМИД 27339981 . S2CID 35012132 .
- ^ Вэй, Кен Сюань; Раманатан, Чандрасекхар; Каппелларо, Паола (2018). «Исследование локализации в ядерных спиновых цепях». Письма о физических отзывах . 120 (7): 070501. arXiv : 1612.05249 . Бибкод : 2018PhRvL.120g0501W . doi : 10.1103/PhysRevLett.120.070501 . ПМИД 29542978 . S2CID 4005098 .
- ^ Ко, Жан-Себастьен; Эсслер, Фабиан Х.Л. (18 июня 2013 г.). «Эволюция во времени локальных наблюдаемых после перехода к интегрируемой модели» . Письма о физических отзывах . 110 (25): 257203. arXiv : 1301.3806 . doi : 10.1103/PhysRevLett.110.257203 . ПМИД 23829756 . S2CID 3549427 .
- ^ Буча, Берислав; Тиндалл, Джозеф; Якш, Дитер (15 апреля 2019 г.). «Нестационарная когерентная квантовая динамика многих тел посредством диссипации» . Природные коммуникации . 10 (1): 1730. doi : 10.1038/s41467-019-09757-y . ISSN 2041-1723 . ПМК 6465298 . ПМИД 30988312 .
 | Эта термодинамике статья, посвященная , незавершена . Вы можете помочь Википедии, расширив ее . |
 | Эта квантовой механике статья, посвященная , незавершена . Вы можете помочь Википедии, расширив ее . |