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在被淬火的量子系统中的不可逆性和时间之箭。

Irreversibility and the Arrow of Time in a Quenched Quantum System.

机构信息

Centro de Ciências Naturais e Humanas, Universidade Federal do ABC, Avenida dos Estados 5001, 09210-580 Santo André, São Paulo, Brazil.

Faculty of Physics, University of Vienna, Boltzmangasse 5, Vienna A-1090, Austria.

出版信息

Phys Rev Lett. 2015 Nov 6;115(19):190601. doi: 10.1103/PhysRevLett.115.190601. Epub 2015 Nov 2.

DOI:10.1103/PhysRevLett.115.190601
PMID:26588367
Abstract

Irreversibility is one of the most intriguing concepts in physics. While microscopic physical laws are perfectly reversible, macroscopic average behavior has a preferred direction of time. According to the second law of thermodynamics, this arrow of time is associated with a positive mean entropy production. Using a nuclear magnetic resonance setup, we measure the nonequilibrium entropy produced in an isolated spin-1/2 system following fast quenches of an external magnetic field. We experimentally demonstrate that it is equal to the entropic distance, expressed by the Kullback-Leibler divergence, between a microscopic process and its time reversal. Our result addresses the concept of irreversibility from a microscopic quantum standpoint.

摘要

不可逆性是物理学中最引人入胜的概念之一。虽然微观物理定律是完全可逆的,但宏观平均行为具有时间的优先方向。根据热力学第二定律,这个时间箭头与正的平均熵产生有关。使用核磁共振装置,我们测量了在磁场快速淬火后,一个孤立的自旋-1/2 系统中产生的非平衡熵。我们的实验结果表明,它等于微观过程与其时间反转之间的熵距离,用柯尔莫哥洛夫-莱布勒散度表示。我们的结果从微观量子的角度解决了不可逆性的概念。

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