Ученые впервые получили экспериментальные подтверждения некоторых теорем, описывающих тепловые колебания

Исследователи из университета Пурду (Purdue University) провели ряд экспериментов, результаты которых стали первыми практическими подтверждениями некоторых фундаментальных законов и теорем из области термодинамики, касающихся тепловых колебаний. Поскольку системы, с которыми ученым приходится сталкиваться в своей работе, становятся все меньше и меньше буквально с каждым днем, тепловые колебания начинают играть все большую роль в поведении таких систем. Это, в свою очередь, делает иногда результаты экспериментов с наноразмерными магнитами и биологическими молекулярными нанодвигателями, к примеру, настолько «грязными», что их становится очень тяжело интерпретировать должным образом.

Исследователи экспериментально протестировали дифференциальную теорию флуктуации с использованием оптически левитируемой наносферы, которая может захватываться в воздухе непрерывно в течение 65 недель, получая большие наборы данных
© Tongcang Li

Для своих экспериментов ученые из университета Пурду, работавшие совместно с их коллегами из Пекинского университета, использовали наночастицу, помещенную в вакуумную камеру и удерживаемую в пространстве при помощи лазерного оптического пинцета. Такой механизм позволяет не только удерживать наночастицу в пределах оптической ловушки, он также позволяет произвести высокоточные измерения моментального положения частицы, скорости и направления ее движения. Используя созданную установку, ученые собрали очень большое количество данных, касающихся тепловых колебаний наночастицы. И обработка этих данных позволила провести соответствие между некоторыми существующими теоремами, связывающими тепловую энергию, работу и тепловые колебания.

Отметим, что большинство существующих теорем являются последствиями второго закона термодинамики, который определяет то, что все виды энергии в нашем материальном виде рассеиваются разными способами и ничего не может помешать данному процессу. А получение экспериментальных подтверждений достоверности данных теорем, корректировок некоторых их коэффициентов и постоянных, позволит ученым в будущих экспериментах учитывать тепловые колебания, рассчитывать их влияние и вводить корректировки, которые смогут значительно увеличить точность и достоверность получаемых данных.

Статья опубликована в журнале Physical Review Letters
Источник: dailytechinfo.org