根據人們的熱力生活經驗，給物體加熱似乎比使其變冷快得多。學第例如，定律當我們將食物放進微波爐，挑戰幾分鐘就能加熱到100℃甚至更高；如果想讓食物降低同樣的傳統溫度，需要的預期百姓彩票時間要長得多。

　　傳統熱(re)(re)力學認為，熱(re)(re)力加熱(re)(re)和制冷本(ben)質上是學第彼(bi)此的(de)“鏡(jing)像”，這兩個基(ji)本(ben)的(de)定律熱(re)(re)力學過程應該是對稱的(de)，遵循相似的(de)挑戰路(lu)徑。

　　然而，傳統最近發表在《自然·物理》雜志上的預期一篇論文挑戰了傳統熱力學的觀點。歐洲研究人員利用二氧化硅微觀球進行的熱力百姓彩票最新網址實驗表(biao)明，我(wo)們(men)的學(xue)第生活(huo)經驗對了，而傳統熱(re)(re)力學(xue)錯了。定律他(ta)們(men)揭(jie)示了加熱(re)(re)和(he)制冷的本質不對稱性及其沿不同路徑演化過(guo)程。

　　加熱(re)速度快(kuai)于(yu)制(zhi)冷速度

　　我們大多數人對溫度有直觀的感受。比如今天感覺熱，那就是溫度高；感覺冷，那就是溫度低。然而，這都不是溫度的本質。幾個世紀以來，物理學家一直在爭論如何準確定義溫度。學校教科書也許會說，百姓彩票溫度(du)(du)是(shi)物體(ti)內部(bu)分子熱(re)運動強度(du)(du)的度(du)(du)量。

　　熱力學是(shi)研究熱和(he)其他形式的能(neng)量之間(jian)關系(xi)的學科，它把溫(wen)度(du)描(miao)述為(wei)衡量一(yi)個系(xi)統中所有原子可以擁有多少不同的值（比如速度(du)或能(neng)量）配置(zhi)的指標。這些配置(zhi)被(bei)稱為(wei)“微觀態”。基于(yu)這一(yi)理解，傳統熱力學認(ren)為(wei)，加(jia)熱和(he)制冷本質上是(shi)對稱的，是(shi)互(hu)為(wei)鏡像的兩(liang)個過程(cheng)。不過，這一(yi)理論假設溫(wen)度(du)的變化情況是(shi)，要(yao)么緩慢發生，要(yao)么幅度(du)很小(xiao)。

　　當物體在很(hen)長(chang)時(shi)間段內(nei)升溫或冷卻時(shi)，傳統熱力學可能就“失(shi)靈”了(le)，結果甚至可能與直覺相反。例(li)如，熱水(shui)比溫水(shui)更容(rong)易凍結，這種(zhong)現象被稱為姆潘巴效應。

　　現在(zai)，西班牙格拉(la)納達大學(xue)與(yu)德國馬克斯·普朗克多學(xue)科(ke)科(ke)學(xue)研究(jiu)所的(de)研究(jiu)人員發(fa)現了一個(ge)新現象：電(dian)場(chang)作用下的(de)二氧化硅微觀球體在(zai)加熱(re)和制冷(leng)過程中表現出明顯的(de)不對稱性，即加熱(re)速度(du)(du)快于(yu)制冷(leng)速度(du)(du)。

　　開展“溫泉浴”小球實驗

　　在微(wei)觀層面，加(jia)熱(re)和制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)涉及(ji)系統(tong)內各(ge)個粒子(zi)(zi)之(zhi)間(jian)能(neng)量(liang)交(jiao)換和重新(xin)分(fen)配(pei)的過(guo)(guo)程(cheng)。加(jia)熱(re)涉及(ji)到(dao)給單個粒子(zi)(zi)注入能(neng)量(liang)，加(jia)劇其(qi)(qi)運動(dong)；而制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)則(ze)是(shi)釋放能(neng)量(liang)，抑制(zhi)(zhi)其(qi)(qi)運動(dong)。但為(wei)什么加(jia)熱(re)過(guo)(guo)程(cheng)總是(shi)比制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)過(guo)(guo)程(cheng)更有效(xiao)率？

　　為(wei)了解答這一問題，新研(yan)究的(de)重(zhong)點(dian)是了解經歷熱(re)弛豫的(de)微(wei)觀系(xi)統的(de)動力學，即這些系(xi)統在溫度變化(hua)時如何(he)從某一狀(zhuang)態演化(hua)到平衡態。為(wei)此，研(yan)究人員采用了復雜的(de)實驗(yan)裝置觀察和量化(hua)這個過程。

　　實(shi)驗的(de)(de)(de)(de)核心是(shi)光鑷，這是(shi)一種利用(yong)激光捕獲(huo)由二氧化硅或塑料制成(cheng)的(de)(de)(de)(de)單個微(wei)粒(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)強大技術。研究人(ren)員將(jiang)微(wei)小的(de)(de)(de)(de)球體放入(ru)水(shui)中，并(bing)使用(yong)激光將(jiang)其捕獲(huo)。然后，通過(guo)施加電場(chang)來控制微(wei)粒(li)(li)(li)周(zhou)圍環境的(de)(de)(de)(de)溫度(du)，類(lei)似于讓微(wei)粒(li)(li)(li)泡(pao)“溫泉(quan)浴”，并(bing)測量粒(li)(li)(li)子的(de)(de)(de)(de)抖動(dong)和移(yi)動(dong)程(cheng)度(du)。他們將(jiang)這個過(guo)程(cheng)重復(fu)了數萬次。

　　用這種方(fang)法測量單個(ge)粒子(zi)(zi)，相當于(yu)(yu)對(dui)(dui)單一的微觀態(tai)進(jin)(jin)行測量。對(dui)(dui)于(yu)(yu)由許多粒子(zi)(zi)組成(cheng)的材料來說，這樣(yang)的測量是不(bu)可(ke)能的，因為(wei)它們可(ke)能有不(bu)計其數的配置。但通過對(dui)(dui)單個(ge)微觀粒子(zi)(zi)進(jin)(jin)行多次測量，該團隊能夠繪制出可(ke)能出現的微觀態(tai)的數量。

　　“這(zhe)些顆(ke)粒與(yu)水(shui)分(fen)(fen)子(zi)碰撞，以(yi)明顯隨機的(de)(de)方(fang)式移動。當它們被鑷子(zi)限(xian)制在一個小(xiao)區域時，它們會進行所謂的(de)(de)布朗運動。”西(xi)班牙格拉納達(da)大學(xue)勞爾·里(li)卡·阿(a)拉爾孔教授解釋道。“水(shui)的(de)(de)溫度(du)越高，這(zhe)些顆(ke)粒與(yu)水(shui)分(fen)(fen)子(zi)的(de)(de)碰撞更加頻(pin)繁(fan)且(qie)劇烈，布朗運動也越強烈。”

　　另一(yi)方面，水的溫度越低，單(dan)個粒子能量(liang)釋放(fang)，運動受(shou)到抑制。

　　提出“熱力學第2.5定律”

　　接著，研究人(ren)員測量了這(zhe)些粒子(zi)通過(guo)加(jia)熱(re)或制(zhi)冷在兩個溫(wen)度間轉變(bian)時需要經(jing)歷(li)(li)多少個不(bu)同(tong)的(de)微觀(guan)態(tai)。他們(men)發現(xian)，相對于制(zhi)冷過(guo)程(cheng)，在加(jia)熱(re)過(guo)程(cheng)中粒子(zi)所需經(jing)歷(li)(li)的(de)微觀(guan)態(tai)數(shu)量較少，這(zhe)意味著加(jia)熱(re)過(guo)程(cheng)的(de)速(su)度更快(kuai)。

　　他(ta)們提出了熱運動學(xue)這(zhe)一新理(li)論框架，用以解(jie)釋這(zhe)種不對稱(cheng)現象(xiang)。研究發現，任意(yi)兩(liang)個溫度之間的(de)加熱和制冷都具(ju)有不對稱(cheng)性(xing)，熱運動學(xue)提供了一種定量解(jie)釋這(zhe)一現象(xiang)的(de)方(fang)法。

　　馬(ma)克(ke)斯(si)·普朗(lang)克(ke)多學(xue)科科學(xue)研究(jiu)所的阿爾(er)賈茲·戈德(de)克(ke)表示，盡(jin)管還不清(qing)楚(chu)為(wei)什么會(hui)存在這(zhe)種(zhong)(zhong)根本(ben)(ben)性差(cha)異，且這(zhe)種(zhong)(zhong)差(cha)異也(ye)并不常見(jian)，但這(zhe)種(zhong)(zhong)差(cha)異應該存在于(yu)任(ren)何一個加熱(re)或(huo)制冷(leng)幅(fu)度足夠大的系統中。這(zhe)是因為(wei)如此大幅(fu)度的溫度變化通(tong)常引起系統本(ben)(ben)身的變化，如凍結或(huo)煮沸(fei)，從而掩蓋了這(zhe)一新觀察到的效應。戈德(de)克(ke)認為(wei)，這(zhe)種(zhong)(zhong)不對稱(cheng)性可(ke)能很重要(yao)，有助于(yu)提高布朗(lang)熱(re)機、微型貨物運輸馬(ma)達以(yi)及可(ke)自(zi)組裝(zhuang)或(huo)自(zi)修復材(cai)料的效率(lv)。

　　熱力(li)學(xue)第(di)二定(ding)律(lv)(lv)認(ren)為，熱永(yong)遠都只能(neng)由熱處(chu)傳遞到冷處(chu)。例如，煮(zhu)好的(de)(de)(de)飯(fan)菜不及(ji)(ji)時吃掉會變涼；冰箱(xiang)中取(qu)出的(de)(de)(de)雪糕會吸收環境熱量而(er)(er)融化(hua)。但英國(guo)埃克(ke)塞(sai)特(te)大(da)學(xue)的(de)(de)(de)珍妮特(te)·安德斯(si)認(ren)為，第(di)二定(ding)律(lv)(lv)沒有談及(ji)(ji)速度，而(er)(er)只談及(ji)(ji)了可(ke)能(neng)性。新(xin)發現(xian)的(de)(de)(de)效應(ying)幾乎可(ke)以被認(ren)為是熱力(li)學(xue)的(de)(de)(de)一(yi)個(ge)額外定(ding)律(lv)(lv)，是對第(di)二定(ding)律(lv)(lv)的(de)(de)(de)擴充。

　　“被我稱之為‘熱(re)力學第2.5定律(lv)’的(de)新理論認為，任何過(guo)程都可以(yi)發生(sheng)，但其(qi)中(zhong)某(mou)些過(guo)程要比反向過(guo)程耗(hao)時(shi)更長(chang)一(yi)些。”安德斯說。（張佳欣）