Termodinamika kuantum: Perbedaan antara revisi
Konten dihapus Konten ditambahkan
NikolasKHF (bicara | kontrib) Menambahkan bagian baru |
Add 1 book for Wikipedia:Pemastian (20241009)) #IABot (v2.0.9.5) (GreenC bot |
||
| (3 revisi perantara oleh satu pengguna lainnya tidak ditampilkan) | |||
Baris 1:
{{Short description|Ilmu yang mempelajari hubungan antara termodinamika dan mekanika kuantum}}
{{Termodinamika}}{{Mekanika kuantum}}
'''Termodinamika kuantum'''<ref>{{cite book|last1=Deffner|first1=Sebastian|last2=Campbell|first2=Steve|title=Quantum Thermodynamics: An introduction to the thermodynamics of quantum information|publisher=Morgan & Claypool Publishers|year=2019|doi=10.1088/2053-2571/ab21c6|language=en|url=https://iopscience.iop.org/book/978-1-64327-658-8}}</ref><ref>{{Cite book|url=https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-319-99046-0|title=Thermodynamics in the Quantum Regime|isbn=978-3-319-99046-0|editor-last=Binder|editor-first=Felix|language=en|doi=10.1007/978-3-319-99046-0|editor-last2=Correa|editor-first2=Luis A.|editor-last3=Gogolin|editor-first3=Christian|editor-last4=Anders|editor-first4=Janet|editor-last5=Adesso|editor-first5=Gerardo|url-status=live}}</ref> adalah ilmu yang mempelajari tentang hubungan antara dua teori fisika, yaitu [[termodinamika]] dan [[mekanika kuantum]]. Dua teori tersebut mempelajari tentang fenomena cahaya dan materi. Pada tahun 1905, [[Albert Einstein]] berargumen bahwa diperlukan adanya konsistensi antara termodinamika dan [[elektromagnetisme]]<ref>{{cite journal|last=Einstein|first=A.|year=1905|title=Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt|journal=Annalen der Physik|language=de|volume=322|issue=6|pages=132–148|bibcode=1905AnP...322..132E|doi=10.1002/andp.19053220607|issn=0003-3804|doi-access=free}}</ref> yang akhirnya menyimpulkan bahwa cahaya dapat diukur, yang melahirkan persamaan <math display="inline">E= h \nu </math>. Artikel ilmiah tersebut merupakan awal dari teori [[kuantum]]. Pada beberapa dekade selanjutnya, teori kuantum menjadi ditetapkan menjadi seperangkat hukum independen.<ref>{{Cite book|last=Neumann|first=John von|date=1955|url=https://books.google.co.id/books/about/Mathematical_Foundations_of_Quantum_Mech.html?id=JLyCo3RO4qUC&redir_esc=y|title=Mathematical Foundations of Quantum Mechanics|publisher=Princeton University Press|isbn=978-0-691-02893-4|language=en}}</ref> Saat ini, termodinamika kuantum menyampaikan kemunculan hukum termodinamika dari mekanika kuantum. Ilmu ini berbeda dengan [[mekanika statistika kuantum]] dengan penekanan pada proses dinamika dari seteimbangan. Sebagai tambahan, terdapat misi pencarian teori yang relevan sebagai sebuah sistem kuantum individual.
Baris 56 ⟶ 55:
====Entropi====
Dalam termodinamika, entropi berhubungan dengan jumlah energi pada suatu sistem yang dapat diubah menjadi usaha mekanis dalam proses konkret.<ref name=EntropyDefinition>{{cite book|last1=Gyftopoulos|first1=E. P.|last2=Beretta|first2=G. P.|title=Thermodynamics: Foundations and Applications|year=2005|origyear=1st ed., Macmillan, 1991|publisher=Dover Publications|place=Mineola (New York) |url=https://books.google.com/books?id=ISBN9780486439327 |language=en}}</ref> Di mekanika kuantum, hal ini diartikan sebagai kemampuan untuk mengukur dan memanipulasi sistem berdasarkan informasi yang dikumpulkan dari pengukuran. Contohnya adalah kasus [[setan Maxwell]] yang telah dipecahkan oleh [[Leó Szilárd]].<ref>{{cite journal | last=Szilard | first=L. | s2cid=122038206 | title=Über die Entropieverminderung in einem thermodynamischen System bei Eingriffen intelligenter Wesen |trans-title=On the minimization of entropy in a thermodynamic system with interferences of intelligent beings| journal=Zeitschrift für Physik | volume=53 | issue=11–12 | year=1929 | issn=1434-6001 | doi=10.1007/bf01341281 | bibcode=1929ZPhy...53..840S | pages=840–856 | language=de}}</ref><ref>{{cite book|last=Brillouin|first=L.|title=Science and Information Theory|url=https://archive.org/details/scienceinformati0000bril|publisher=Academic Press|location=New York|year=1956|p=[https://archive.org/details/scienceinformati0000bril/page/107 107]}}</ref><ref>{{cite journal | last1=Maruyama | first1=Koji | last2=Nori | first2=Franco | last3=Vedral | first3=Vlatko | s2cid=18436180 | title=Colloquium: The physics of Maxwell's demon and information | journal=Reviews of Modern Physics | volume=81 | issue=1 | date=2009-01-06 | issn=0034-6861 | doi=10.1103/revmodphys.81.1 | pages=1–23|arxiv=0707.3400| bibcode=2009RvMP...81....1M |language=en}}</ref>
Entropi dari benda yang dapat diamati diasosiasikan sebagai pengukuran proyeksi dari benda yang dapat diamati tersebut, <math display=inline>\langle A \rangle</math>, dengan operator <math display=inline>A</math> memiliki dekomposisi spektrum sebagai berikut:
Baris 98 ⟶ 97:
Ketika kondisi adiabatik tersebut tidak terpenuhi, tambahan [[usaha (fisika)|usaha]] diperlukan untuk mencapai nilai kontrol final. Untuk sistem yang terisolasi, usaha ini dapat dipulihkan, karena dinamikanya uniter dan dapat dikembalikan. Dalam kasus ini, gesekan kuantum dapat ditekan dengan [[jalan pintas untuk adiabatisitas]] yang didemonstrasikan di laboratorium dengan menggunakan [[gas Fermi]] uniter dalam jebakan bergantung waktu.<ref>{{cite journal |last1=Deng|first1= S.|last2= Chenu|first2=A.|last3=Diao|first3= P.|last4=Li|first4=F.|last5= Yu|first5=S.|last6=Coulamy|first6=I.|last7=del Campo|first7=A|last8=Wu|first8=H.|date=2018| title= Superadiabatic quantum friction suppression in finite-time thermodynamics | journal= Science Advances | volume=4 |issue= 4|pages=eaar5909|doi=10.1126/sciadv.aar5909|pmid= 29719865|pmc= 5922798|arxiv=1711.00650| bibcode=2018SciA....4.5909D |language=en}}</ref> [[Koherensi (fisika)|Koherensi]] disimpan pada elemen bukan diagonal di operator massa jenis yang membutuhkan informasi untuk mengembalikan biaya energi tambahan dan mengembalikan dinamikanya. Biasanya, energi ini tidak dapat dipulihkan karena interaksi dengan bak yang menyebabkan defase energi. Bak ini, dalam kasus ini, bertindak sebagai aparatus pengukur energi. Energi yang hilang adalah versi kuantum dari [[Gaya gesek|gesekan]].<ref>{{cite journal | last1=Kosloff | first1=Ronnie | last2=Feldmann | first2=Tova | s2cid=9292108 | title=Discrete four-stroke quantum heat engine exploring the origin of friction | journal=Physical Review E | volume=65 | issue=5 | date=2002-05-16 | issn=1063-651X | doi=10.1103/physreve.65.055102 | pmid=12059626 | page=055102(R)|arxiv=physics/0111098| bibcode=2002PhRvE..65e5102K |language=en}}</ref><ref>{{cite journal | last1=Plastina | first1=F. | last2=Alecce | first2=A. | last3=Apollaro | first3=T. J. G. | last4=Falcone | first4=G. | last5=Francica | first5=G. | last6=Galve | first6=F. | last7=Lo Gullo | first7=N. | last8=Zambrini | first8=R. | s2cid=9353450 |display-authors=5| title=Irreversible Work and Inner Friction in Quantum Thermodynamic Processes | journal=Physical Review Letters | volume=113 | issue=26 | date=2014-12-31 | issn=0031-9007 | doi=10.1103/physrevlett.113.260601 | pmid=25615295 | page=260601|arxiv=1407.3441| bibcode=2014PhRvL.113z0601P |language=en}}</ref>
=== Kemunculan versi dinamis dari hukum ketiga termodinamika ===
Terdapat dua formulasi berbeda dari [[hukum ketiga termodinamika]] yang disampaikan oleh [[Walther Nernst]]. Formulasi pertama disebut sebagai [[teorema kalor Nernst]], sementara formulasi kedua disebut sebagai ''prinsip ketaktercapaian''. Formulasi pertama dapat diparafrase menjadi:
:Entropi dari zat murni pada kesetimbangan termodinamika mendekati nol saat suhu mendekati nol.
Pada keadaan stabil, [[hukum kedua termodinamika]] menyiratkan bahwa total [[produksi entropi]] bernilai positif. Ketika bak dingin mendekati suhu nol mutlak, diperlukan eliminasi terhadap divergens produksi entropi pada bagian dingin ketika <math display=inline>T_{\rm c} \rightarrow 0</math>. Maka:
:<math>\dot S_{\rm c} \propto - T_{\rm c}^{\alpha}~~~,~~~~\alpha \geq 0~~</math>
Untuk <math display=inline>\alpha=0</math>, pemenuhan hukum kedua termodinamika bergantung pada produksi entropi pada bak yang lain, yang mengharuskan kompensasi terhadap produksi entropi negatif pada bak dingin. Formulasi pertama dari hukum ketiga termodinamika memodifikasi pembatasan ini. Alih-alih <math display=inline>\alpha \geq 0</math>, hukum ketiga memberlakukan <math display=inline>\alpha > 0</math>. Hal ini menjamin bahwa pada suhu nol mutlak, produksi entropi pada bak dingin bernilai nol: <math display=inline>\dot S_{\rm c} = 0</math>. Ketentuan ini menghasilkan kondisi skala pada arus kalor <math display=inline>{J}_{\rm c} \propto T_{\rm c}^{\alpha+1}</math>.
Formulasi kedua adalah formulasi dinamis, yang dikenal sebagai prinsip ketaktercapaian:<ref>{{cite journal | last=Landsberg | first=P. T. | title=Foundations of Thermodynamics | journal=Reviews of Modern Physics | volume=28 | issue=4 | date=1956-10-01 | issn=0034-6861 | doi=10.1103/revmodphys.28.363 | bibcode=1956RvMP...28..363L | pages=363–392 |language=en}}</ref><ref name="levy12" >{{cite journal | last1=Levy | first1=Amikam | last2=Alicki | first2=Robert | last3=Kosloff | first3=Ronnie | s2cid=24251763 | title=Quantum refrigerators and the third law of thermodynamics | journal=Physical Review E | volume=85 | issue=6 | date=2012-06-26 | issn=1539-3755 | doi=10.1103/physreve.85.061126 | pmid=23005070 | page=061126|arxiv=1205.1347| bibcode=2012PhRvE..85f1126L |language=en}}</ref>
:Tidak ada prosedur atau pendingin apa pun dalam keadaan seideal apa pun yang dapat mendinginkan sistem hingga suhu [[nol mutlak]] pada waktu dan operasi terbatas.
Dinamika proses pendinginan diberikan dalam persamaan berikut:
:<math>{ J}_{\rm c}(T_{\rm c}(t)) = -c_V(T_{\rm c}(t))\frac{dT_{\rm c}(t)}{dt}~~</math>
dengan <math display=inline>c_V(T_{\rm c})</math> adalah kapasitas kalor dari bak. Dengan mengambil <math display=inline>{ J}_{\rm c} \propto T_{\rm c}^{\alpha+1}</math> dan <math display=inline>c_V \sim T_{\rm c}^{\eta} </math> dengan <math display=inline>{\eta} \geq 0 </math>, kita dapat mengkuantifikasi formulasi tersebut dengan mengevaluasi pangkat karakteristik <math display=inline>\zeta</math> dari proses pendinginan:
:<math>
\frac{dT_{\rm c}(t)}{dt} \propto -T_{\rm c}^{\zeta}, ~~~~~ T_{\rm c}\rightarrow 0, ~~~~~ {\zeta=\alpha-\eta+1}
</math>
Persamaan ini memperkenalkan hubungan antara pangkat karakteristitik <math display=inline>\zeta</math> dan <math display=inline>\alpha</math>. Ketika <math display=inline>\zeta < 0</math>, maka bak tersebut didinginkan ke suhu nol pada waktu terbatas, yang menyiratkan pelanggaran terhadap hukum ketiga. Terlihat jelas bahwa pada persamaan ketiga, prinsip ketaktercapaian lebih mengekang dari pada teorema kalor Nernst.
== Referensi ==
| |||