پیام خراسان

آخرين مطالب

قوانین آنتروپی در دنیای کوانتومی هم کار می‌کنند علمي

قوانین آنتروپی در دنیای کوانتومی هم کار می‌کنند
  بزرگنمايي:

پیام خراسان - نتایج یک مطالعه جدید نشان می‌دهد که قوانین آنتروپی در دنیای کوانتومی نیز کار می‌کنند. در واقع فیزیک کوانتومی نیز از قانون دوم ترمودینامیک مستثنی نیست. همچنین دارای هرج و مرج و بی‌نظمی، اما از نوعی دیگر است.

طبق قانون دوم ترمودینامیک، آنتروپی یک سیستم ایزوله به مرور زمان افزایش می‌یابد. همه چیز در اطراف ما از این قانون پیروی می‌کند. به عنوان مثال، ذوب شدن یخ، آشفتگی اتاق، سرد شدن قهوه داغ و پیری، همه نمونه‌هایی از افزایش آنتروپی در طول زمان هستند.
آنتروپی (entropy) مفهومی علمی و همچنین یک خاصیت فیزیکی غیر قابل اندازه‌گیری است که در عادی‌ترین حالت با حالت اختلال، تصادفی بودن و عدم قطعیت مرتبط است. به عبارتی، آنتروپیِ یک سامانه‌ فیزیکی، کمترین تعداد ذراتی است که برای تعریف صحیح حالت دقیق سامانه نیاز است. آنتروپی نماینده تصادفی بودن مولکول‌ها است و در واقع ویژگی‌های یک سامانه را تعریف می‌کند.
دانشمندان تا پیش از این معتقد بودند که فیزیک کوانتومی از این قانون مستثنی است. به این دلیل که حدود 90 سال پیش، ریاضیدانی به نام جان فون نویمان(John von Neumann) مجموعه‌ای از مقالات را منتشر کرد که در آنها به زبان ریاضی نشان داد که اگر اطلاعات کاملی از وضعیت کوانتومی یک سیستم داشته باشیم، آنتروپی آن در طول زمان ثابت می‌ماند.
با این حال، یک مطالعه جدید از محققان دانشگاه فناوری وین(TU Wien) این مفهوم را به چالش می‌کشد. این مطالعه نشان می‌دهد که آنتروپی یک سیستم کوانتومی بسته نیز در طول زمان، تا زمانی که به سطح اوج خود برسد، افزایش می‌یابد.
محققان می‌گویند: این بستگی به نوع آنتروپی دارد که شما به آن نگاه می‌کنید. اگر مفهوم آنتروپی را به گونه‌ای تعریف کنید که با ایده‌های اساسی فیزیک کوانتومی سازگار باشد، دیگر هیچ تناقضی بین فیزیک کوانتومی و ترمودینامیک وجود ندارد.
سامانه کوانتومی از آنتروپی متفاوتی پیروی می‌کند
نویسندگان این مطالعه جزئیات مهمی را در توضیح نویمان برجسته کردند. نویمان اظهار داشت که آنتروپی برای یک سامانه کوانتومی زمانی که اطلاعات کاملی در مورد سامانه داشته باشیم، تغییر نمی‌کند.
با این حال، خود نظریه کوانتومی، به ما می‌گوید که داشتن دانش کامل از یک سامانه کوانتومی غیرممکن است، زیرا ما فقط می‌توانیم ویژگی‌های خاصی را با عدم قطعیت اندازه‌گیری کنیم. این بدان معناست که آنتروپی نویمان رویکرد صحیحی برای بررسی تصادفی بودن و آشفتگی در سامانه‌های کوانتومی نیست.
بنابراین راه درست چیست؟ نویسندگان این مطالعه توضیح می‌دهند که به ‌جای محاسبه آنتروپی نویمان برای حالت کوانتومی کامل کل سامانه می‌توان آنتروپی را برای یک عامل قابل مشاهده خاص محاسبه کرد.
این را می‌توان با استفاده از آنتروپی شانون(Shannon)، مفهومی که توسط ریاضیدانی به نام کلود شانون(Claude Shannon) در سال 1948 در مقاله خود با عنوان «نظریه ریاضی ارتباطات» پیشنهاد شد، به دست آورد. آنتروپی شانون عدم قطعیت در نتیجه یک اندازه گیری خاص را اندازه‌گیری می‌کند. این نظریه به ما می‌گوید که چه مقدار اطلاعات جدید هنگام مشاهده یک سامانه کوانتومی به دست می‌آوریم.
فلوریان میر(Florian Meier)، نویسنده اول این مطالعه و پژوهشگر دانشگاه وین گفت: اگر فقط یک نتیجه اندازه‌گیری ممکن وجود داشته باشد که با اطمینان 100 درصدی رخ دهد، بنابراین آنتروپی شانون، صفر است. شما از نتیجه شگفت‌زده نخواهید شد، چیزی از آن یاد نخواهید گرفت. اگر مقادیر ممکن زیادی با احتمالات مشابه بزرگ وجود داشته باشد، آنتروپی شانون بزرگ است.
ادغام فیزیک کوانتومی با ترمودینامیک
وقتی آنتروپی یک سامانه کوانتومی را از دیدگاه کلود شانون دوباره تصور می‌کنیم، با یک سامانه کوانتومی در حالت آنتروپی شانون پایین شروع می‌کنیم، به این معنی که رفتار سیستم نسبتاً قابل پیش‌بینی است.
به عنوان مثال، تصور کنید یک الکترون دارید و تصمیم دارید اسپین(چرخش) آن را که می‌تواند بالا یا پایین باشد، اندازه‌گیری کنید. اگر می‌دانید که اسپین آن 100 درصد بالا است، آنتروپی شانون صفر است و ما چیز جدیدی از این روش اندازه‌گیری یاد نمی‌گیریم.
اگر اسپین 50 درصد بالا و 50 درصد پایین باشد، آنتروپی شانون زیاد است، زیرا احتمال اینکه هر دو نتیجه را به یک اندازه دریافت کنیم، اندازه‌گیری اطلاعات جدیدی به ما می‌دهد. هر چه زمان بیشتر می‌گذرد، آنتروپی افزایش می‌یابد، زیرا هرگز در مورد نتیجه مطمئن نیستید.
با این حال در نهایت، آنتروپی به نقطه‌ای می‌رسد که سطح آن کاهش می‌یابد، به این معنی که غیرقابل پیش‌بینی بودن سامانه تثبیت می‌شود. این منعکس کننده چیزی است که ما در ترمودینامیک کلاسیک مشاهده می‌کنیم، جایی که آنتروپی تا زمانی که به تعادل برسد، افزایش می‌یابد و سپس ثابت می‌ماند.
طبق این مطالعه، این مورد آنتروپی برای سامانه‌های کوانتومی که ذرات زیادی را شامل می‌شوند و نتایج متعددی تولید می‌کنند نیز معتبر است.
مارکوس هوبر(Marcus Huber)، نویسنده ارشد این مطالعه و متخصص علوم اطلاعات کوانتومی در دانشگاه وین می‌گوید: این به ما نشان می‌دهد که قانون دوم ترمودینامیک در یک سامانه کوانتومی که کاملاً از محیط خود جداست نیز صادق است، فقط باید سؤالات درست بپرسید و از تعریف مناسب آنتروپی استفاده کنید.
این مطالعه در مجله PRX Quantum منتشر شده است.

لینک کوتاه:
https://www.payamekhorasan.ir/Fa/News/820010/

نظرات شما

ارسال دیدگاه

Protected by FormShield
مخاطبان عزیز به اطلاع می رساند: از این پس با های لایت کردن هر واژه ای در متن خبر می توانید از امکان جستجوی آن عبارت یا واژه در ویکی پدیا و نیز آرشیو این پایگاه بهره مند شوید. این امکان برای اولین بار در پایگاه های خبری - تحلیلی گروه رسانه ای آریا برای مخاطبان عزیز ارائه می شود. امیدواریم این تحول نو در جهت دانش افزایی خوانندگان مفید باشد.

ساير مطالب

لزوم همکاری مردم برای حفظ پایداری شبکه برق

تشکر از سیاست‌های فراگیر ایران درباره اتباع و پناهندگان

جزئیات جدید از سامانه بارشی جدید | این مناطق امروز برفی هستند

2321 مادر آسیب‌پذیر خراسان جنوبی تحت حمایت کمیته امداد

دفتر کمیساریای پناهندگان در ماهیرود راه اندازی شود

روند صعودی افزایش دما در خراسان رضوی تا جمعه

کاهش ورودی آب به سدهای خراسان شمالی

افشای راز مرگ زن مسن و پسرانش در میان شعله‌های آتش

اختصاص 750 میلیارد ریال به حوزه اشتغال شهرستان مرزی تایباد

450 کیلومتر شبکه فاضلاب در مشهد باید اجرا شود

بار مضاعف گرانی دارو بر دوش بیماران خاص

هوای سالم مشهد امروز 30 بهمن

140 هزار میلیارد ریال اعتبار برای تکمیل شبکه فاضلاب مشهد نیاز است

قرنطینه بزرگ کرونا برای نخستین بار در شبکه نمایش

کتاب «آقای امام جمعه» در تربت حیدریه رونمایی شد

حضور 350 طلبه در مدرسه علمیه هراتی تربت حیدریه

با دو برابر شدن وام مسکن می‌توان خانه خرید؟ | حساب و کتاب خرید هر متر آپارتمان

نوزدهمین جشنواره بین‌المللی شعر فجر در شیراز برگزار می‌شود

10 عنوان کتاب در خرم‌آباد رونمایی شد

وزیر فرهنگ و ارشاد به فارس سفر می‌کند

تداوم موج سرما درکشور و نیاز مبرم به صرفه جویی انرژی

آخرین وضعیت جوی ترافیکی محورهای شمالی/ ترافیک سنگین در این جاده‌ها

موج جدید سرما در راه است

شدت رعدوبرق دیشب در شهر خواف

اظهارات متهم به قتل دانشجوی تهران در جلسه بازپرسی

ورود هوای سرد به خراسان شمالی از هفته دوم اسفند

ساخت تصفیه خانه فاضلاب شماره 7 مشهد

قراردادهای دانش‌بنیان فولاد سنگان به 300 میلیارد تومان رسید

قیمت میوه و تره بار 30 بهمن 1403

جنگل‌های میکرو؛ راه‌حلی نوین برای احیای طبیعت در شهرهای آلوده

آمار فاجعه‌بار پرسپولیس در شب تلخ آزادی؛ مالکیت، پاسکاری و حمله ضعیف‌تر از النصر

اعزام 1400 دانش‌آموز عشایری زیارت‌اولی به مشهد مقدس

اعزام 32 هزار نفر از خراسان رضوی به اردوی راهیان نور

بازار سیب‌زمینی؛ قیمت در تره‌بار چند؟ +عکس

تسهیلات جدید برای تسریع در تکمیل و تمدید دوره ساخت پروژه‌های سرمایه گذاری کیش

شادی و نشاط در خاییز با اجرای برنامه «روستا با طعم کتاب»

معرفی نامزدهای «علوم اجتماعی» کتاب سال

ابرقهرمان‌های نازی‌آباد | چرا نام این محله بر سر زبان‌هاست؟

حجت الاسلام قمی: شهید «عارف‌ الحسینی» نماینده اسلام ناب است/ حیاتی: شهید عارف الحسینی ما را یاد سلمان فارسی می‌اندازد

بازار سیب‌زمینی هفته آینده متعادل می‌شود

وضعیت جاده‌ها / ترافیک سنگین در آزادراه ساوه – تهران و محور شهریار

انسداد 111 حلقه چاه غیرمجاز در خراسان جنوبی

چتر حمایت کمیته امداد خراسان‌جنوبی بر سر دو هزار و 321 مادر آسیب‌پذیر

انفجار منزل مسکونی در مشهد با یک مصدوم

استقلال شوراهای قرآنی شهرستانی راهی برای توسعه فرهنگ قرآن است

نتانیاهو برای دهمین‌بار به اتهامات رشوه، کلاه‌برداری و خیانت در امانت در دادگاه حاضر شد

صفحه اول روزنامه های خراسان رضوی سه شنبه 30 بهمن 1403

معاون رئیس جمهور و رئیس سازمان حفاظت محیط زیست وارد مشهد شد

هوای مشهد سالم است

انفجار و حریق یک منزل مسکونی در مشهد با یک مصدوم