“热力学第2.5定律”挑战传统预期

本文转自：科技日报

加热为何总是比制冷快——

“热力学第2.5定律”挑战传统预期

传统热力学定律解释了为什么热茶会变凉，但该定律并不能说明全部情况。

图片来源：《新科学家》网站

【今日视点】

◎本报记者 张佳欣

根据人们的生活经验，给物体加热似乎比使其变冷快得多。例如，当我们将食物放进微波炉，几分钟就能加热到100℃甚至更高；如果想让食物降低同样的温度，需要的时间要长得多。

传统热力学认为，加热和制冷本质上是彼此的“镜像”，这两个基本的热力学过程应该是对称的，遵循相似的路径。

然而，最近发表在《自然·物理》杂志上的一篇论文挑战了传统热力学的观点。欧洲研究人员利用二氧化硅微观球进行的实验表明，我们的生活经验对了，而传统热力学错了。他们揭示了加热和制冷的本质不对称性及其沿不同路径演化过程。

加热速度快于制冷速度

我们大多数人对温度有直观的感受。比如今天感觉热，那就是温度高；感觉冷，那就是温度低。然而，这都不是温度的本质。几个世纪以来，物理学家一直在争论如何准确定义温度。学校教科书也许会说，温度是物体内部分子热运动强度的度量。

热力学是研究热和其他形式的能量之间关系的学科，它把温度描述为衡量一个系统中所有原子可以拥有多少不同的值（比如速度或能量）配置的指标。这些配置被称为“微观态”。基于这一理解，传统热力学认为，加热和制冷本质上是对称的，是互为镜像的两个过程。不过，这一理论假设温度的变化情况是，要么缓慢发生，要么幅度很小。