Reklam
Fizik

Kuantum termodinamiğinin Büyük Turu

Genç soylular bir “Büyük tur” 1600’ler ve 1700’ler boyunca. Turistlerin çoğu İngiltere’den geldi, ancak varlıklı yurttaşlar İskandinavya, Almanya ve Amerika Birleşik Devletleri’nden geldiler. Erkekler üniversiteden yeni mezun olmuşlardı – çoğu durumda, Oxford veya Cambridge. Klasik tarih, dil ve edebiyat eğitimi almışlardı; ve şimdi okuduklarını deneyimleyeceklerdi. Turistler Paris’e olduğu kadar Roma, Venedik ve Floransa’ya da akın etti; İsteğe bağlı eklemeler Napoli, İsviçre, Almanya ve Hollanda’yı içeriyordu.

Eğitmenler turistlere eşlik ederek Avrupa’daki ücretlerine rehberlik ettiler. Eğitmenler, genç erkeklerin eğitimini tamamlayarak onlara sanat, müzik, mimari ve kıta toplumu konularında talimat verdi. Bu ay ve sonuncu öğretmenler gibi hissettim.1

Soldaki tuhaf görünümlü pozdaki benim.

Doktora sonrası akademisyen olan Matteo Lostaglio ile kuantum-termodinamik mini kursunda ders veriyordum. Brezilya’daki São Paolo Üniversitesi’nde teorik fizik profesörü olan Gabriel Landi kursu düzenledi. Fiziğin özüne hakim olan ve kuantum termodinamiğine dalmak isteyen erken aşama yüksek lisans öğrencilerini hedef aldı. Ancak kayıt, Doktora ve Yüksek Lisans öğrencilerinden lisans öğrencilerine, postdoc’lara, öğretim üyelerine ve endüstri çalışanlarına kadar uzanıyordu.

Reklam

Kurs, genç soyluların Avrupa’yı nasıl gezdiklerine benzer şekilde kuantum termodinamiğini gezdi. Kuantum termodinamiğini bir manzara olarak hayal ediyorum – parşömen bir haritaya mürekkeplenmiş, mavi turlar denizi temsil ediyor ve bir köşesinde ateş püskürten bir ejderha. Kuantum termodinamiği, bakış açıları farklı olan ve farklı matematiksel ve kavramsal araçlar kullanan birçok topluluğu kapsar. Bu topluluklar harita üzerinde şehir devletlerine, beyliklere, cumhuriyetlere ve diğer yerleşim yerlerine çevrilir. Sınıf, tıpkı Büyük Turistlerin yapamadığı gibi her şehri ziyaret edemezdi. Ancak turistlerin zaman bütçelerinde bir ayağı vardı: Büyük Tur aylar ya da yıllar sürdü, oysa biz dokuz saat bir buçuk ders verdik.

Stuttgart’taki katılımcılar

Büyük Turistler ıvır zıvır, kitap, resim ve antik eserlerle eve döndü. Öğretmenlerin de hatıra eşyası aldığını hayal etmeyi seviyorum. İşte kurstan en sevdiğim dört paket:

1) Kurs için girdiğim en büyüleyici alt alan: Termodinamik belirsizlik ilişkileri. Araştırmacılar, bu eşitsizlikleri, dengesiz istatistiksel mekanik kullanarak, moleküler motorları, nanorobotları ve tek DNA ipliklerini kapsayan bir alan kullanarak elde ettiler. “Belirsizlik ilişkileri” ismine rağmen klasik ve kuantum sistemler bu eşitsizliklere uyar.

Farklı sıcaklıklara ve farklı partikül konsantrasyonlarına sahip büyük sistemlerle etkileşime giren küçük bir sistem hayal edin. Enerji ve parçacıklar sistemler arasında zıplayarak entropiyi ( Sigma) ve akımlar oluşturuyor. Akımlar, istatistiksel mekaniğin olasılıklı doğası nedeniyle zamanla değişir.

Reklam

Bir akım, ortalama değerine göre ne kadar değişir?  langle J  rangle? Bu varyasyonu göreceli varyansla ölçüyoruz, { rm var} (J) /  langle J  rangle ^ 2. Düşük varyanslı, öngörülebilir bir akım istediğinizi söyleyin. Yüksek bir entropi maliyeti ödemeniz gerekecek:  frac {{ rm var} (J)} { langle J  rangle ^ 2} geq  frac {2 k _ { rm B}} { Sigma}, burada k _ { rm B} Boltzmann sabitini gösterir.

Termodinamik belirsizlik ilişkileri, dengeden gelişigüzel uzaktaki sistemleri yönetir. Büyük ölçekli özelliklerin yaklaşık olarak sabit kaldığı ve sisteme net akışların (parçacık akışları gibi) girip çıkmadığı denge durumundaki sistemler hakkındaki yükleri biliyoruz. Dengeye yakın sistemler hakkında çok şey biliyoruz. Rejim dengeden keyfi olarak uzakta istatistiksel mekaniğin Vahşi, Vahşi Batısıdır. Bu rejim hakkında herhangi bir şeyi kanıtlamak, iş kovaları hakkında hiçbir şey söylememek için varsayımlar ve spesifik modeller gerektirme eğilimindedir. Ancak termodinamik belirsizlik ilişkileri geneldir ve moleküler motorlardan kuantum noktalarına kadar klasik ve kuantum sistemlerini yönetir.

Aldığımız özçekimlere göre mini kursumuza birden fazla kedi katıldı.

2) En beklenmedik soru: Birinci ders sırasında, kuantum termodinamiğini tanıtan okumalar önerdim. Öneriler iki inceleme ve yazdığım makaleyi içeriyordu Bilimsel amerikalı hakkında kuantum steampunk, kuantum termodinamiğiyle ilgili açım. Ertesi gün, bir katılımcı steampunk romanlarla ilgili tavsiyeler istedi. Türevlerimdeki adımların gerekçelendirme talepleri için daha fazlasını hazırladım. Ama bana verilen bir öneriyi iki kez ilettim: Fark Motoru, William Gibson ve Bruce Sterling tarafından.

3) En kapsamlı gözlem: Öğretmen arkadaşım – yani öğretim görevlisi – kuantum termodinamiğinin klasik termodinamikten nasıl uzaklaşmadığını ve sapmadığını belirtti. Kuantum sistemleri, klasik sistemler gibi termodinamiğin ikinci yasasını kıramaz. Kuantum motorları daha verimli çalışamaz Carnot’un motoru. Bilgi maliyetlerini silme işibilgi taşıyan serbestlik derecesinin klasik veya kuantum olmasına bakılmaksızın. Kuantum termodinamiği hakkında çok geniş sonuçlar, klasik termodinamik hakkında geniş sonuçlarla örtüşmektedir. Uyuşmazlıkları belirli fiziksel sistemlere odaklanarak bulabiliriz. ilkbahar bu klasik veya kuantum olabilir.

4) En şaşırtıcı sayılar: Bir Büyük Tura katılmanın aksine, mini kursa katılmanın hiçbir maliyeti yoktur. Dünyanın her yerinden herkesi katılmaya davet ettik ve 48 ülkeden 420 katılımcının kaydını yaptırdık. Kurs başlamadan önceki son kayıt günlerini, katılımcıların elektronik tablosunda gezinerek öğrendim. Ders notlarımı iki kez kontrol etmek zorunda olduğum için motive olan sayı, kararlılığımı bir atın kanatlarındaki çelik gibi teşvik etti.

Büyük Tur, yüzyıllar boyunca turistler tarafından okunan gezi günlüklerinin ve rehber kitaplarının ortaya çıkmasına neden oldu: Mark Twain, 1869’dan beri anılarında okuyucuları – kısmen kendi pahasına – eğlendirdi Yurtdışındaki Masumlar. 1908 romanındaki İngiliz karakterler Manzaralı bir oda Baedeker’in görüşlerinde farklılaşıyor Kuzey İtalya El Kitabı. Kurs materyalimiz ve derslerin videoları kalır internet üzerinden ve herkese ücretsiz olarak sunuluyor. Bagajınızı hazırlayabilir, pelerininizi getirebilir ve geziye katılabilirsiniz.

Son dersten bir ekran görüntüsü

1Öğretmenler, koğuşlarına rehberlik etmenin yanı sıra, genç erkekleri beladan uzak tuttu – ve bir kimse, zengin genç erkeklerin üniversiteden sonraki yıl ne kadar sıkıntıya düştüklerini tahmin edebilir. Ben bu sorumluluğu paylaşmadım.



Fizik

Kaynak Linki

0 Yorumlar

Yorum Yok

Reklam
Başa dön tuşu

Reklam Engelleyici Algılandı

Lütfen Reklam Engelleyiciyi Kapatınız