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如何用氯仿暂时消除宇宙中无尽的混乱

美国宇航局

的事情展开。它们冷却、分解并死亡。混乱将毁灭宇宙。混乱加剧。到处都是,而且还在增长。科学家知道这一点。

,然而,研究人员现在已经证明,在某些情况下,紊乱会被短暂地击退。在11月9日发表在在线预印本杂志arXiv上的一篇论文中,研究人员表明,热可以在氯仿分子内短暂地从冷原子流到热原子,局部地逆转宇宙的正常流动。

无序支配一切意味着什么把牛奶搅拌成咖啡,棕色的混合物永远不会自己分离成它的组成液体。在海滩上建一座沙堡,一两个小时内,它就会消失在海浪之下。长寿,最终身体精确有序的内部系统会失灵。

这种不断增加的熵,或有序事物变得无序的趋势,不仅仅是宇宙的习惯——它是已知世界的基本规则之一,被奉为热力学第二定律。统治混乱最基本的表现之一就是热度。把一块冰块放进沸水里,冰块里的一点热量不会增加水的热量。取而代之的是,热量将从热水流入冰层。冰会融化,水会冷却。[扭曲的物理:7个令人震惊的发现]

当然,秩序可以从无序中建立。在炎热的天气里,空调使公寓降温。大块的硅、铝和疏松的沙子从矿井中冒出来,被转化成了读这篇文章的芯片、设备底盘和屏幕。早期地球热水浴中的油泡形成了有机生命的全貌。

,但在每一个所谓的开放系统中,一些外部能源使局部的组织行为发生。一个泵从一个发电厂吸取能量,把热空气推到外面,人类把食物糊状地变成身体的燃料,用来把资源从矿井中拖出来并加以改造,太阳把地球沐浴在生命中,在它慢慢燃烧完它的燃料储备时释放出热量,总有一天会耗尽并消散掉。从整体上看,这个所谓的封闭系统,没有能量被泵入,而且趋势仍然是无序的。

打破了熵但有没有什么情况下这不是真的呢?简单的回答是:当封闭系统的初始条件是怪异的量子力学怪异时,情况就可以逆转。

完整的回答是:当氯仿分子中的两个原子核具有相同的自旋,但温度不同时,热量可以从较冷的原子核流向较热的原子核。

自旋是原子粒子的量子力学特征,以一半的倍数测量。一个系统中的两个粒子可以相互关联,这意味着它们共享物理信息,这是量子纠缠效应的一个更窄的版本,通过调整它们的自旋。

在新研究的实验装置中,研究人员观察到两种氯仿,由一个碳原子核与一个氢原子核和三个氯原子核连接而成的分子。研究人员使用了一种称为核磁共振的技术。

第一个氯仿样品中有氢和碳原子具有不相关的自旋,但氢比碳更热。正如热力学所预测的那样,在很短的时间内,热量从氢流向碳。

但是当氢和碳的自旋相互关联时,热量则朝相反的方向流动——从冷碳流向热氢。研究人员写道,事实上,他们“逆转了时间的箭头”,创造了一个熵自发减少的封闭系统。

一张纸上的图显示了能量流的差异。(arXiv)

作者写道:“我们观察到从冷到热的自生热流。”

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