熱力學第二定律依舊燒滾滾-科學人雜誌
物理學

熱力學第二定律依舊燒滾滾

2020-09-01 文、影像來源:陳義裕
它出爐將近200年,如今仍是眾人關注焦點!
效率與散熱是現代人對於手機與電腦的基本要求,而隨著晶片尺寸不斷縮小,操控小到原子尺度法則的量子電腦應運而生。量子電腦以及相關研究迫使科學家認真思索一個問題:已有大約200年歷史的熱力學第二定律與年紀只有一半的量子力學可否老少配,用來處理原子尺度的熱效率問題嗎?熱,散亂分佈的能量顧名思義,熱力學就是關於熱的科學。但什麼是熱?室溫下的一塊金屬擺在我們面前,就算盯著它瞪上10分鐘,也看不出它隨著時間的變化。在巨觀上,我們會認定它處於熱平衡;若縮小到原子尺度,則會發現金屬塊其實是由非常多的原子以相當規則的方式排列在一起,只是每個原子在自己的平衡位置處產生上下左右、挺複雜的小幅度振動。原子會產生這種看似無規律運動,就是源自系統具有的熱能。一旦金屬的溫度升高,則這些熱振動也會加劇。假若抓起這塊金屬朝空中拋出去,則金屬塊內每個振動中的原子同時多了相同的速度並改變其動能,而金屬塊在地球重力場的高度有了改變,也會增加一些重力位能,但這類整體共同運動增加的動能與位能並不是熱能。再舉一個例子:高溫的金屬空腔內充斥著各種頻率的電磁波,這是因為金屬壁的原子以及電子都有很複雜的熱運動,帶電的原子核以及電子都會因為...

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# 關鍵字:物理學熱力學量子
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