物理学家确定了速度和熵之间的收益

卢森堡大学研究员Gianmaria Falasco解释说：“您必须加倍努力才能更快地完成工作。” 他总结了与Massimiliano Esposito的最新工作成果。对于任何一个在尝试满足约会和截止日期方面都具有竞速经验的人来说，这都不足为奇，而是通过为耗散的工作量与系统更改状态的速率之间的关系定义特定的参数，Falasco和Esposito提供对于那些开发操纵非平衡系统的方式的宝贵工具是活细胞或电子电路的行为。此外，他们为定义这种行为而开发的“耗散时间不确定性关系”极力暗示了量子物理学中的其他不确定性关系。

生命是一个非平衡过程，不断地使有机体免受分解和分解进入其环境。以鼠标或任何其他生物达到平衡，您所拥有的只是一堆黏性物质。维持生命的许多细胞过程可以描述为本质上是概率性的并且容易发生热波动的化学反应; 但是，它们使三磷酸腺苷(ATP)，各种细胞信号传导途径以及许多其他使我们processes不休的生物过程为燃料的分子马达提供动力。随着器件尺寸的不断缩小，热波动在其机械部件的动力学方面也越来越突出，更不用说驱动它们的电子电路了。为了理解这些以及其他许多非平衡系统，在一个清晰的数学定义中有很大的价值，该定义可以确定耗散与这些过程进行的速率之间的收益。

卢森堡大学研究人员的最新结果是对过去20年来Esposito所说的统计物理学特别是非平衡统计物理学领域“真正的繁荣”的发展的延续。在1990年代和2000年代，出现了一系列定理，这些定律将参数置于热力学第二定律的概率性质附近，该定律指出，一个孤立的系统的熵应该“趋于增加”，直到达到平衡为止。这些波动定理发现在这方面，熵产生的指数等于波动在增加熵方向上移动的概率与波动逆着谷物的概率之比。Esposito说：“从某种意义上说，我们仍在发现这些波动关系和该领域(称为随机热力学)的所有后果。”

观点转变

这一系列活动中的一个开创性发展是“ 热力学不确定性关系 ”，由德国斯图加特大学的研究人员于2015年定义。他们表明，系统最终状态的精度随移动它所需的能量而增加。(这些定理通常是指热动力引起明显波动的小型系统)。同时，在量子物理学中，另一项开创性的发展速度限制了您可以多快地完成用于量子计算的各种量子态操纵。Falasco说：“我们的工作诞生于加入这两个研究领域的努力。”

当Falasco和Esposito致力于这项工作时，他们注意到大多数研究都考虑了系统如何改变其状态，但是执行感兴趣任务的实际物理系统更有可能通过移动(或改变)能量来改变周围环境的状态。或从一个地方(或形式)到另一个地方的问题。以散热器为例，本质上是将锅炉连接到较冷房间的热水管道-散热器不会改变其状态，但会加热房间。Falasco说：“我们得到了将这个想法转化为数学的结果。”

一旦Falasco和Esposito以这种方式定义了他们的系统并应用了波动定理中定义的概率比，他们便能够定义一种令人难以置信的简单关系，描述达到不同状态所需的时间与耗散的能量之间的收益(或产生的熵)：平均时间与耗散能量的乘积永远不能小于自然万能常数之一即玻耳兹曼常数的值。

看到该关系式已写成，并且与海森堡的不确定性关系极为相似，其精确度可根据初始条件预测量子系统的能量，时间或动量和位置，这些乘积的乘积永远不能小于其一半。普朗克常数。Esposito说：“因此，这种类比非常引人入胜。” 进一步了解如果有任何相似之处具有什么意义，将是该领域未来工作的重点。

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