盧森堡大學(xué)研究員Gianmaria Falasco解釋說：“您必須加倍努力才能更快地完成工作。” 他總結(jié)了與Massimiliano Esposito的最新工作成果。對于任何一個在嘗試滿足約會和截止日期方面都具有競速經(jīng)驗的人來說，這都不足為奇，而是通過為耗散的工作量與系統(tǒng)更改狀態(tài)的速率之間的關(guān)系定義特定的參數(shù)，F(xiàn)alasco和Esposito提供對于那些開發(fā)操縱非平衡系統(tǒng)的方式的寶貴工具是活細胞或電子電路的行為。此外，他們?yōu)槎x這種行為而開發(fā)的“耗散時間不確定性關(guān)系”極力暗示了量子物理學(xué)中的其他不確定性關(guān)系。

生命是一個非平衡過程，不斷地使有機體免受分解和分解進入其環(huán)境。以鼠標或任何其他生物達到平衡，您所擁有的只是一堆黏性物質(zhì)。維持生命的許多細胞過程可以描述為本質(zhì)上是概率性的并且容易發(fā)生熱波動的化學(xué)反應(yīng); 但是，它們使三磷酸腺苷(ATP)，各種細胞信號傳導(dǎo)途徑以及許多其他使我們processes不休的生物過程為燃料的分子馬達提供動力。隨著器件尺寸的不斷縮小，熱波動在其機械部件的動力學(xué)方面也越來越突出，更不用說驅(qū)動它們的電子電路了。為了理解這些以及其他許多非平衡系統(tǒng)，在一個清晰的數(shù)學(xué)定義中有很大的價值，該定義可以確定耗散與這些過程進行的速率之間的收益。

盧森堡大學(xué)研究人員的最新結(jié)果是對過去20年來Esposito所說的統(tǒng)計物理學(xué)特別是非平衡統(tǒng)計物理學(xué)領(lǐng)域“真正的繁榮”的發(fā)展的延續(xù)。在1990年代和2000年代，出現(xiàn)了一系列定理，這些定律將參數(shù)置于熱力學(xué)第二定律的概率性質(zhì)附近，該定律指出，一個孤立的系統(tǒng)的熵應(yīng)該“趨于增加”，直到達到平衡為止。這些波動定理發(fā)現(xiàn)在這方面，熵產(chǎn)生的指數(shù)等于波動在增加熵方向上移動的概率與波動逆著谷物的概率之比。Esposito說：“從某種意義上說，我們?nèi)栽诎l(fā)現(xiàn)這些波動關(guān)系和該領(lǐng)域(稱為隨機熱力學(xué))的所有后果。”

觀點轉(zhuǎn)變

這一系列活動中的一個開創(chuàng)性發(fā)展是“ 熱力學(xué)不確定性關(guān)系 ”，由德國斯圖加特大學(xué)的研究人員于2015年定義。他們表明，系統(tǒng)最終狀態(tài)的精度隨移動它所需的能量而增加。(這些定理通常是指熱動力引起明顯波動的小型系統(tǒng))。同時，在量子物理學(xué)中，另一項開創(chuàng)性的發(fā)展速度限制了您可以多快地完成用于量子計算的各種量子態(tài)操縱。Falasco說：“我們的工作誕生于加入這兩個研究領(lǐng)域的努力。”

當(dāng)Falasco和Esposito致力于這項工作時，他們注意到大多數(shù)研究都考慮了系統(tǒng)如何改變其狀態(tài)，但是執(zhí)行感興趣任務(wù)的實際物理系統(tǒng)更有可能通過移動(或改變)能量來改變周圍環(huán)境的狀態(tài)?；驈囊粋€地方(或形式)到另一個地方的問題。以散熱器為例，本質(zhì)上是將鍋爐連接到較冷房間的熱水管道-散熱器不會改變其狀態(tài)，但會加熱房間。Falasco說：“我們得到了將這個想法轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)的結(jié)果。”

一旦Falasco和Esposito以這種方式定義了他們的系統(tǒng)并應(yīng)用了波動定理中定義的概率比，他們便能夠定義一種令人難以置信的簡單關(guān)系，描述達到不同狀態(tài)所需的時間與耗散的能量之間的收益(或產(chǎn)生的熵)：平均時間與耗散能量的乘積永遠不能小于自然萬能常數(shù)之一即玻耳茲曼常數(shù)的值。

看到該關(guān)系式已寫成，并且與海森堡的不確定性關(guān)系極為相似，其精確度可根據(jù)初始條件預(yù)測量子系統(tǒng)的能量，時間或動量和位置，這些乘積的乘積永遠不能小于其一半。普朗克常數(shù)。Esposito說：“因此，這種類比非常引人入勝。” 進一步了解如果有任何相似之處具有什么意義，將是該領(lǐng)域未來工作的重點。