热力学第三定律的推导（及量化）
量子物理
2019-11-13 v4 量子气体
统计力学
摘要
热力学第三定律有着充满争议的历史，并存在由 Planck、Einstein 和 Nernst 提出的多种表述。其最被接受的版本是不可达原理，即“任何热力学过程都无法通过有限步骤并在有限时间内达到绝对零度温度”。尽管该原理 formulate 于 1912 年，但尚无一般性证明，我们拥有的唯一证据是特定的冷却方法随着温度降低而效率下降。在此，我们首次推导了一般性的不可达原理，该原理适用于任意冷却过程，甚至包括那些利用量子力学定律或涉及无限维储库的过程。我们量化了将系统冷却至特定温度所需的资源，并通过考虑遵循类似于通用计算机限制的热机概念，将这些资源转化为最小时间或步骤数。我们通常发现可获得的温度可与冷却时间的逆幂次成比例缩放。我们的论证依赖于热浴的热容为正，并表明若情况并非如此，则原则上在有限时间内实现完美冷却是可能的。我们的结果还阐明了第三定律两个版本（不可达原理与热定理）之间的联系，并对信息擦除速度设定了终极界限。
引用
@article{arxiv.1412.3828,
title = {A derivation (and quantification) of the third law of thermodynamics},
author = {Lluis Masanes and Jonathan Oppenheim},
journal= {arXiv preprint arXiv:1412.3828},
year = {2019}
}
备注
Substantial improvement of the third law derivation, which now only relies on a single assumption: the positivity of the heat capacity. 7 pages+appendix, 2 figures