Квантовая механика ограничила скорость, с которой системы приходят к тепловому равновесию

Физики доказали, что квантовая механика устанавливает универсальную нижнюю границу времени, за которое система приходит к тепловому равновесию

Время достижения теплового равновесия в квантовых системах не может быть меньше определённого значения, которое зависит от фундаментальных констант и температуры. Этот предел связан с так называемым планковским масштабом времени, который задают две фундаментальные константы — постоянная Планка и постоянная Больцмана, — а также температура системы.

При низких температурах минимальное время достижения равновесия начинает зависеть от другой величины — разницы энергий между основным состоянием системы, то есть состоянием с наименьшей энергией, и ближайшим к нему возбуждённым. Это согласуется с квантовой адиабатической теоремой, согласно которой система, если её менять достаточно медленно, остаётся в своём исходном состоянии.

Исследователи применили методы квантовой информационной геометрии и квантовой метрологии — науки о предельно точных измерениях. Тепловую релаксацию, то есть переход системы к равновесию, они описали как подготовку состояния, близкого к равновесному, и рассмотрели этот процесс для множества по-разному устроенных систем. Так удалось вывести универсальную нижнюю границу времени тепловой релаксации.

Выходит, что быстрее определённого предела тепловая релаксация идти не может, а сам предел зависит только от фундаментальных констант и характерных энергий самой системы. Это важный шаг к пониманию того, как устанавливается равновесие в квантовых системах из многих частиц.

Ранее по теме: Квантовая сеть: достигнута предельная точность синхронизации

Источник: Nature Physics