Физики пытаются измерить температуры неуравновешенных систем

Москва, 12:54, 24 Дек 2016, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.

В это трудно поверить, физики до сих пор не достигли соглашения о том, является ли система «горячей» или «холодной» при определенных обстоятельствах.

Проще говоря, традиционная наука считает, что такие свойства, как температуру или напряжение можно измерить только пока система находится в равновесии, чего фактически в природе не встречается.

Недавно ученые показали, что эти две величины связаны настолько тесно, что невозможно знать одно, не зная другого. На самом деле, любое состояние системы вообще, даже далекой от равновесия, может быть охарактеризовано температурой.

Всему во Вселенной — от кварков до галактик, присуща тенденция к достижению равновесия с окружающей средой. В реальности, это явление называется энтропией и описано во Втором Законе термодинамики. В конце концов, мы знаем, что кубик льда в коктейле растает, а молекулы воды изо льда покинут свою высокоупорядоченную кристаллическую структуру и перейдут в состояние равновесия, смешавшись с беспорядочной жидкостью.

Интересным примером является обычная лазерная указка. При генерации,  электроны внутри устройства нагреваются выше температуры «плюс бесконечность»!

Важно отметить, что с точки зрения квантовых явлений, в этом случае температура электронов не имеет ничего общего с температурой лазерного луча и поэтому лазерная указка не испаряется мгновенно после включения. Тем не менее, если бы мы могли каким-то образом осуществить «прикосновение» электронов к лазерному лучу, то он стал бы чрезвычайно горячим. Таким образом, лазерная генерация очень далека от равновесия.

Возникает вопрос – зачем ученым нужно измерять температуру в устройствах, далеких от равновесия?

«Современные технологии микроэлектроники ограничиваются тем, что устройства рассеивают много тепла, и они все меньше и меньше, так что это создает большие проблемы для продвижения технологии», — поясняет профессор Стаффорд.

Если появится возможность определения температур и напряжения даже в субатомном масштабе, то появится возможность создать устройства, которые можно локально охладить всего в одной точке (например, крошечный горячий транзистор), вместо того, чтобы охлаждать всю поверхность. В настоящее время, нет никакого способа, чтобы сделать что-то подобное.

«Наша теория является очень общей. Это касается многих вещей, от кварк-глюонной плазмы, образующейся в ускорителях элементарных частиц, до лазерных указок и нейтронных звезд. Все они следуют точно такому же формализму», — считает ученый.