Un nuovo studio quantitativo potrebbe riscaldare la ricerca termodinamica

Un nuovo studio quantitativo potrebbe riscaldare la ricerca termodinamica

Una nuova teoria quantistica in un classico esperimento mentale potrebbe aprire la strada allo sviluppo di motori termici quantistici.

La termodinamica esamina come lo scambio di energia tra corpi a diverse temperature e può aiutare a prevedere la possibilità che si verifichino determinate reazioni chimiche.

Ora, i ricercatori hanno sviluppato una nuova teoria quantistica che potrebbe aprire la strada allo sviluppo di motori termici quantistici.

I matematici dell’Università di Nottingham hanno applicato questa nuova teoria al cosiddetto paradosso di Gibbs, che implica il contrasto tra la miscelazione di due quantità di gas ideali di diverso tipo e la miscelazione di due quantità dello stesso gas.

Nel caso di gas diversi la miscelazione è accompagnata da un aumento dell’entropia, mentre nel caso degli stessi gas non si ha variazione dell’entropia.

Questo paradosso ha portato a intuizioni critiche sullo sviluppo della termodinamica precoce e un’enfasi sulla necessità di considerare il grado di controllo dello sperimentatore sul sistema.

In quest’ultima ricerca pubblicata in Nature Communications, Il team ha sviluppato una teoria basata sulla miscelazione di due gas quantistici – ad esempio, uno rosso e l’altro blu, congruenti – che iniziano separatamente e poi si mescolano in una scatola.

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In generale, il sistema diventa più coerente, che viene misurato aumentando l’entropia. Se l’osservatore indossava occhiali viola e ripeteva il processo; I gas hanno lo stesso aspetto, quindi sembra che nulla sia cambiato. In questo caso, la variazione di entropia è zero.

“Per risolvere un paradosso, dobbiamo essere consapevoli che la termodinamica ci dice le cose benefiche che uno sperimentatore con dispositivi con capacità specifiche può fare”, hanno detto Benjamin Yadin e Benjamin Morris, autori principali dell’articolo.

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Per estrarre energia utile dal processo di miscelazione, gli scienziati hanno bisogno di dispositivi in ​​grado di “vedere” le differenze tra i gas, che sono indistinguibili ad occhio nudo.

La ricerca mostra che nello stato quantistico, pur non essendo in grado di distinguere tra i gas, il presunto sperimentatore, che vede i gas come indistinguibili, può comunque estrarre energia utile mescolandoli.

Su scala più ampia, questa ricerca significa che gli scienziati in grado di controllare questi gas con un grande dispositivo quantistico apriranno la strada a nuovi motori termici quantistici.

Il professor Gerardo Adesso ha detto che ci sono molti aspetti sconosciuti nel cuore della meccanica quantistica. “Tale ignoranza di base, tuttavia, non ci impedisce di utilizzare bene le caratteristiche quantitative, come rivela il nostro lavoro”, ha affermato.

“Ci auguriamo che il nostro studio teorico ispiri sviluppi entusiasmanti nel fiorente campo della termodinamica quantistica e stimoli ulteriori progressi nella corsa in corso per le tecnologie quantistiche”.

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