與物理學(xué)和工程學(xué)的許多分支一樣，爭(zhēng)論和研究的一個(gè)共同點(diǎn)是：在什么條件下，物理學(xué)的經(jīng)典定律和理論會(huì)崩潰，需要量子理論來回答新出現(xiàn)的問題？這與熱力學(xué)沒有什么不同，科學(xué)家們正在探索這些界限。與量子物理學(xué)研究的許多其他領(lǐng)域一樣，新發(fā)現(xiàn)通常會(huì)提供更多問題，即使它們揭示了答案。此外，這些新的理論和發(fā)現(xiàn)可能表明物理現(xiàn)象如何運(yùn)作的各個(gè)方面，但可能需要數(shù)年或數(shù)十年才能真正理解。

這方面的一個(gè)例子是最近發(fā)表的一篇文章，“微觀熱機(jī)運(yùn)行中量子效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)演示”，其中康奈爾大學(xué)的研究人員測(cè)量了據(jù)報(bào)道超過隨機(jī)界限四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差的輸出功率，輸出功率降低到低于由于連貫性降低而受到約束。

熱機(jī)從溫差中提取有用的能量，受熱力學(xué)第二定律設(shè)定的限制。但在量子世界中，規(guī)則是不同的。

“最近，據(jù)預(yù)測(cè)，在 ? 的小作用范圍內(nèi)，存在相干性將導(dǎo)致不同量子熱機(jī)類型的熱力學(xué)等效；此外，與使用相同資源的經(jīng)典熱機(jī)相比，它可以提供更大的功率輸出，”該論文寫道。“在這里，我們通過使用金剛石中的氮空位中心集合實(shí)現(xiàn)了兩種類型的量子熱機(jī)，并首次通過實(shí)驗(yàn)證明了這些量子熱力學(xué)特征。”

盡管這些發(fā)現(xiàn)尚未經(jīng)過同行評(píng)審，但英國(guó)埃克塞特大學(xué)的珍妮特安德斯等量子物理學(xué)家認(rèn)為，它們可能具有開創(chuàng)性。“這似乎是一種神奇的燃料，”安德斯說。“與其說是增加能量，不如說是讓發(fā)動(dòng)機(jī)更快地提取能量。理論物理學(xué)家將需要研究它是如何做到這一點(diǎn)的。”

盡管經(jīng)典熱力學(xué)自成立以來的幾十年里相對(duì)沒有受到質(zhì)疑，但物理測(cè)量技術(shù)和量子物理學(xué)研究的最新進(jìn)展使更先進(jìn)的測(cè)試和實(shí)際實(shí)驗(yàn)成為可能。這導(dǎo)致了量子熱力學(xué)研究的發(fā)展。曾經(jīng)只有少數(shù)這樣的科學(xué)家，更多的科學(xué)家一直在探索量子熱力學(xué)，以尋找開發(fā)新技術(shù)的潛力。“這個(gè)領(lǐng)域發(fā)展得如此之快，我?guī)缀醺簧希币陨幸啡隼湎２畞泶髮W(xué)該領(lǐng)域的早期先驅(qū) Ronnie Kosloff 說。

這也可能是非常及時(shí)的研究，因?yàn)槲?a target="_blank">電子行業(yè)生產(chǎn)的半導(dǎo)體和物理器件和跡線可能不再被 經(jīng)典熱力學(xué)準(zhǔn)確描述。盡管層尺寸越來越薄的問題和極薄的金屬跡線可能會(huì)成為最新微電子技術(shù)的預(yù)防性問題，甚至超出了將這些晶體管保持在最佳溫度的一般問題。在不久的將來很可能會(huì)出現(xiàn)更多的量子熱力學(xué)發(fā)現(xiàn)，希望其中一些能夠?yàn)榧磳⒌絹淼牧孔蛹夹g(shù)所固有的許多新興問題提供新的解決方案。