การ์ตูนที่แสดงผู้สังเกตการณ์ที่โง่เขลาในโลกคลาสสิก (แสดงด้วยไม้เท้าหน้าเศร้าและมาตรวัดน้ำมันเชื้อเพลิงว่างเปล่า แสดงว่าไม่สามารถดำเนินการใดๆ ได้) ตรงกันข้ามกับผู้สังเกตการณ์ที่โง่เขลาในโลกควอนตัม (หุ่นไม้ยิ้มด้วย ถังน้ำมันเต็มถัง) ที่สามารถดึงงานออกจากระบบได้ (แสดงด้วยกล่องแบ่งที่บรรจุก๊าซสีแดงด้านหนึ่งและก๊าซสีน้ำเงินอีกด้านหนึ่ง และโดยกล่องที่ไม่มีการแบ่งบรรจุก๊าซผสมสีม่วง)
ความไม่รู้คือความสุขการ์ตูนที่แสดงความแตกต่าง
ระหว่างผู้สังเกตการณ์ที่ ‘โง่เขลา’ ในการผสมก๊าซในความขัดแย้งกิ๊บส์เวอร์ชันคลาสสิกและควอนตัม (มารยาท: Bethan Morris นักศึกษาระดับปริญญาเอกที่ University of Nottingham) เอนโทรปีเป็นหัวข้อถกเถียงในหมู่นักฟิสิกส์นับตั้งแต่มันถูกสร้างในอุณหพลศาสตร์คลาสสิกเมื่อ 150 ปีที่แล้ว หนึ่งในการอภิปรายดังกล่าวมีศูนย์กลางอยู่ที่ความขัดแย้งที่เรียกว่ากิ๊บส์ ซึ่งเอนโทรปีของระบบดูเหมือนจะขึ้นอยู่กับว่าผู้สังเกตการณ์รู้เรื่องนี้มากน้อยเพียงใด ชุมชนฟิสิกส์ที่น่าประหลาดใจและสับสนเมื่อได้รับการเสนอชื่อครั้งแรกโดยนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน Josiah Willard Gibbs ในปี 1875 ความขัดแย้งได้พบวิธีแก้ปัญหามากมายแม้ว่าส่วนใหญ่ในสภาพแวดล้อมแบบคลาสสิกที่มีก๊าซในอุดมคติ
นักวิจัยจาก University of Oxford และ University of Nottingham สหราชอาณาจักรได้ให้ความกระจ่างว่า Gibbs Paradox อาจมีลักษณะอย่างไรในอาณาจักรควอนตัม โดยใช้ประโยชน์จากเอฟเฟกต์ควอนตัม แสดงให้เห็นว่าสามารถดึงงานออกจากระบบได้มากกว่าที่เป็นไปได้แบบคลาสสิก ผลลัพธ์ของพวกเขาวางรากฐานทางทฤษฎีสำหรับการสาธิตการทดลองในอนาคต และอาจมีการใช้งานในความพยายามที่ขยายตัวเพื่อจัดการกับระบบควอนตัมขนาดใหญ่
Gibbs Paradox สุดคลาสสิค
Gibbs Paradox คลาสสิกใช้รูปแบบของการทดลองทางความคิดที่เกี่ยวข้องกับกล่องที่มีฉากกั้นที่แยกร่างของก๊าซทั้งสองออกจากกัน เมื่อถอดพาร์ติชั่นออก แก๊สทั้งสองจะผสมกันอย่างเป็นธรรมชาติ สำหรับผู้สังเกตการณ์ที่มีข้อมูลซึ่งสามารถแยกแยะความแตกต่างของวัตถุก๊าซทั้งสองได้ เอนโทรปีของระบบจะเพิ่มขึ้น ในทางกลับกัน สำหรับผู้สังเกตการณ์ที่ไม่รู้ซึ่งไม่สามารถแยกแยะความแตกต่างใดๆ ระหว่างวัตถุแก๊สทั้งสองนั้น จะไม่มีการผสมที่มองเห็นได้และเอนโทรปียังคงไม่เปลี่ยนแปลง
ความคิดเห็นที่แตกต่างกันนี้มีความสำคัญทางกายภาพเนื่องจากสามารถดึงงานผ่านกระบวนการผสมเมื่อเอนโทรปีเพิ่มขึ้น นั่นแสดงให้เห็นว่าเอนโทรปีของระบบควรเป็นปริมาณที่เป็นกลาง ซึ่งเป็นสิ่งที่ไม่สอดคล้องกับการมีอยู่ของผลลัพธ์ที่แตกต่างกันสำหรับผู้สังเกตการณ์ทั้งสอง อย่างไรก็ตาม กิ๊บส์ตั้งข้อสังเกตว่าการสกัดงานขึ้นอยู่กับเครื่องมือทดลองของผู้สังเกตการณ์ ดังนั้นผู้สังเกตการณ์ที่มีข้อมูลสามารถดึงงานออกมาได้ ในขณะที่ผู้สังเกตการณ์ที่ไม่รู้ต้องต่อสู้กับการที่พวกเขาไม่สามารถทำเช่นนั้นได้ สิ่งนี้ทำให้ความเป็นจริงของผู้สังเกตการณ์แต่ละคนสอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงของเอนโทรปีที่พวกเขาเห็น
เอฟเฟกต์ควอนตัมในงานใหม่นี้ ทีมงานของ Oxford-Nottingham ได้พิจารณาว่าผลกระทบของควอนตัม เช่น การซ้อนทับ จะส่งผลต่อการทดลองทางความคิดอย่างไร เช่นเดียวกับกรณีคลาสสิก ผู้สังเกตการณ์ที่ได้รับแจ้งเห็นการเพิ่มขึ้นของเอนโทรปี อย่างไรก็ตาม สำหรับผู้สังเกตการณ์ที่โง่เขลา มีความแตกต่างที่ชัดเจนหลังจากเปลี่ยนไปใช้อาณาจักรควอนตัม แม้ว่าพวกมันจะยังไม่สามารถแยกแยะความแตกต่างของก๊าซทั้งสองได้ แต่ตอนนี้พวกมันก็สามารถเห็นการเพิ่มขึ้นของเอนโทรปีได้เช่นกัน ที่ขีดจำกัดมหภาค การเพิ่มขึ้นของเอนโทรปีนี้อาจมีขนาดใหญ่เท่ากับที่ผู้สังเกตที่มีข้อมูลรับรู้ ทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนสูงสุดในกรณีคลาสสิก
แม้ว่าผลลัพธ์อาจดูน่าประหลาดใจในตอนแรก
แต่นักวิจัยที่อยู่เบื้องหลังกล่าวว่านี่เป็นเครื่องเตือนใจอย่างยิ่งว่าขีด จำกัด แบบคลาสสิกนั้นไม่เหมือนกับขอบเขตมหภาคเสมอไป Benjamin Yadin, Benjamin Morris และ Gerardo Adesso อธิบายในอีเมลถึงPhysics World ว่า “ขีดจำกัดแบบคลาสสิกไม่ได้เกี่ยวกับจำนวนอนุภาคขนาดใหญ่เท่านั้น แต่ยังเกี่ยวกับระดับการควบคุมที่จำกัดด้วย โดยให้การควบคุมที่ซับซ้อนแก่ผู้สังเกตการณ์ที่โง่เขลาเหนือระดับอิสระของควอนตัมด้วยกล้องจุลทรรศน์ พวกเขาเสริมว่าผู้สังเกตการณ์นั้นสามารถได้รับเอฟเฟกต์ควอนตัมในระดับมหภาค
ในขณะที่บางคนคิดว่ากลศาสตร์ควอนตัมเป็นการแก้ปัญหาความขัดแย้งแบบคลาสสิกของกิ๊บส์ Yadin, Morris และ Adesso สังเกตว่าผลลัพธ์ของพวกเขาบ่งชี้เป็นอย่างอื่น “งานของเราแสดงให้เห็นว่าเอฟเฟกต์ควอนตัมสามารถเพิ่มชั้นของพฤติกรรมที่ดูเหมือนขัดแย้งกันได้” พวกเขากล่าว พวกเขาเน้นว่าผลลัพธ์ของพวกเขาเป็นไปไม่ได้ในฟิสิกส์คลาสสิก เนื่องจากต้องอาศัยข้อกำหนดสมมาตรของโบซอนและเฟอร์มิออน ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่ไม่พบในกลศาสตร์คลาสสิก
การเชื่อมโยงกันของควอนตัมทำให้ปีศาจของ Maxwell ร้อนแรงขึ้นขณะนี้นักวิจัยกำลังทำงานเกี่ยวกับข้อเสนอเพื่อสาธิตผลกระทบนี้ในการทดลอง พวกเขาอธิบายว่าการทำเช่นนี้ต้องใช้ระดับการควบคุมควอนตัม ซึ่งอาจเป็นไปได้ในโครงข่ายแสงและคอนเดนเสทของ Bose-Einstein ในระยะยาว พวกเขาเชื่อว่าเป็นไปได้ที่จะใช้ทฤษฎีนี้เพื่อสร้างเครื่องยนต์ความร้อนควอนตัมที่มีประสิทธิภาพ ซึ่งสามารถทำงานได้ในระบอบการปกครองที่เครื่องยนต์ความร้อนแบบคลาสสิกจะล้มเหลว
“คำถามเกี่ยวกับวิธีการควบคุมคุณลักษณะควอนตัมของอนุภาคที่เหมือนกันสำหรับข้อได้เปรียบทางอุณหพลศาสตร์กำลังได้รับความสนใจเป็นอย่างมาก และเราอยากเห็นงานของเราสร้างแรงบันดาลใจให้กับแนวคิดใหม่ๆ ในด้านนี้” Yadin, Morris และ Adesso กล่าวสรุป
จากงานก่อนหน้านี้ นักวิจัยนำโดยJennifer Luจาก UC Merced และYat Liจาก UCSC ใช้เทคนิคการพิมพ์ 3 มิติที่เรียกว่าการเขียนด้วยหมึกโดยตรงเพื่อสร้างอิเล็กโทรด supercapacitor พวกเขาสร้างหมึกโดยการรวมเซลลูโลสนาโนคริสตัล (ซึ่งให้คาร์บอน) กับสารแขวนลอยของซิลิกาไมโครสเฟียร์ หลังทำหน้าที่เป็นแม่แบบที่แข็งสำหรับการสร้าง macropores ในโครงสร้างตาข่ายของ airgel เมื่อถูกทำให้แห้งโดยเยือกแข็ง
รูพรุนในตาข่าย airgel มีขนาดแตกต่างกันไปตั้งแต่ 500 ไมครอนไปจนถึงนาโนเมตร สร้างโครงสร้างตามลำดับชั้นของช่อง ช่องทางเหล่านี้เพิ่มอัตราที่ไอออนในอิเล็กโทรไลต์จะแพร่กระจายผ่านวัสดุอย่างมีนัยสำคัญ ในขณะเดียวกันก็ลดระยะทางที่ต้องเดินทางด้วย
Credit : iranwebshop.info ispycameltoes.info italiapandorashop.net jpjpwallet.net l3paperhanging.org
