Подтверждение второго закона термодинамики в квантовом контексте

В сфере квантовой физики было сделано значительное открытие, которое помогло устранить кажущееся противопоставление между квантовой механикой и законами термодинамики. Группа исследователей из Венского технического университета (TU Wien) продемонстрировала, что второй закон термодинамики, утверждающий, что энтропия в изолированных системах должна возрастать, применим и для квантовых систем.

Долгое время предполагалось, что квантовая физика не подчиняется этому основному природному закону. Математические расчёты показывали, что энтропия в квантовых системах оставалась постоянной. Однако учёные из TU Wien выяснили, что всё зависит от выбора типа энтропии для анализа.

Учёные обратили внимание, что в квантовой физике невозможно получить полностью исчерпывающую информацию о системе. Можно лишь выбрать конкретное свойство системы для измерения – так называемую наблюдаемую величину. Квантовая теория предоставляет вероятности получения разных возможных исходов измерений.

Исследователи предложили использовать концепцию энтропии Шеннона, зависящую от вероятностей, с которыми определяются различные возможные значения. «Энтропия Шеннона является мерой того, насколько много информации вы получаете из измерения», – объясняет один из авторов исследования Флориан Майер из TU Wien.

Группа учёных математически подтвердила и подкрепила компьютерными моделями, что если начать с состояния с низкой энтропией Шеннона, то в изолированной квантовой системе эта энтропия увеличивается, пока не достигает своего максимума, аналогично тому, как это происходит в классических системах по законам термодинамики.

Это открытие играет важную роль в описании квантовых систем, состоящих из множества частиц, что особенно актуально для современных технических приложений квантовой физики. «Важнейшей задачей для описания таких систем является согласование квантовой теории с принципами термодинамики», – подчеркивает профессор Хубер.

Источник: iXBT