麥克斯韋妖如何將氣體冷卻至微開爾文溫度 [動畫]

物理學家將19世紀的思想實驗變為現實

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作者:Davide Castelvecchi

物理學家馬克·G·雷森在他的文章“惡魔、熵和絕對零度的探索”中描述瞭如何將稀薄氣體冷卻到僅比絕對零度高百萬分之幾度的溫度。 起始點是將已經冷卻到百分之一開爾文的氣體(使用稱為原子線圈炮的裝置,也在文字中描述)放入磁阱中。 然後,使用單光子冷卻的新技術,可以開始真正的冷凍。

單光子冷卻利用了詹姆斯·克拉克·麥克斯韋在 19 世紀的思想實驗中啟發的一種單向門。 這位偉大的蘇格蘭物理學家推測存在一種“妖”,它似乎能夠在不升高溫度的情況下將氣體原子集中到更小的體積中,從而降低它們的熵。 這種壯舉似乎違反了熱力學第二定律,根據該定律,熵永遠不會減少。 (有什麼玄機?閱讀文章找出答案。)

雷森的想法是,單向門可以幫助分兩步冷卻氣體:首先讓門將原子集中到更小的體積中(但不升高它們的溫度),然後讓它們膨脹到原始體積(這會降低它們的溫度)。

點選“開始”觀看其工作原理。

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