A kutatók egységes topológiai sebességhatárt vezetnek le a fizikai állapotok evolúciójára

A topológiai sebességkorlátozás azt jelzi, hogy a topológiai szerkezet korlátozza a fizikai rendszerek sebességét, például a kémiai reakciókat és a sok kölcsönható testtel rendelkező bozonikus rendszert. Köszönetnyilvánítás: Vu & Saito

A fizikai rendszerek bizonyos ütemben fejlődnek, ami több tényezőtől is függ, beleértve a rendszer úgynevezett topológiai struktúráját (azaz a térbeli tulajdonságokat, amelyek az esetleges fizikai változások ellenére idővel megmaradnak). A fizikai rendszerek időbeli változásának sebességének meghatározására szolgáló meglévő módszerek azonban nem veszik figyelembe ezeket a szerkezeti tulajdonságokat.

A japán Keio Egyetem két kutatója a közelmúltban levezette a fizikai állapotok kialakulásának sebességkorlátját, amely egyben a rendszer topológiai szerkezetét és mögöttes dinamikáját is megmagyarázza. Ez a sebességkorlátozás, amelyet egy ben megjelent cikk ismertet Fizikai értékelő levelekszámos értékes alkalmazást kínálhat különféle fizikai rendszerek tanulmányozására és fejlesztésére, beleértve a kvantumtechnológiákat is.

“A klasszikus és a kvantummechanika központi témája annak kiderítése, hogy milyen gyorsan változhat egy rendszer állapota, ami felkeltette a tudósok nagy érdeklődését” – mondta Tan Van Vu és Keiji Saito, a tanulmányt végző kutatók a Phys.org-nak. “Az idő szabályozásának mechanizmusának megértése fontos a gyors eszközök, például a kvantumszámítógépek tervezésénél.”

Azt az elképzelést, hogy a rendszernek az egyik fizikai állapotból a másikba való átlépéséhez szükséges működési időnek van határa, először Leonid Isaakovich Mandelstam és Igor Tamm vezette be több évtizeddel ezelőtt. Azóta más kutatócsoportok tovább vizsgálták ezt az ötletet, és hasonló korlátokat találtak, amelyek különböző típusú fizikai rendszerekre alkalmazhatók.

„Ezek a határértékek, amelyeket „sebességhatároknak” neveznek, meghatározzák azt a végsebességet, amellyel a rendszer sajátos állapotba tud fejlődni, és számos felhasználási területet találtak” – magyarázta Vu és Saito. “A hagyományos sebességkorlátozásoknak azonban megvan az a hiányossága, hogy a rendszer méretének növekedésével nem adnak értelmes korlátokat. Az egyik magyarázat az, hogy a dinamika topológiai természetét nem vették megfelelően figyelembe, ami a mögöttes dinamika hálózati struktúrájából adódik. megfontolás.”

Vu és Saito közelmúltbeli munkájának fő célja egy olyan új sebességkorlátozás kidolgozása volt, amely figyelembe veszi a fizikai rendszer topológiai struktúráját és a mögöttes dinamikát is. Ez végső soron hozzájárulhat a kvantitatív szigorú határok megállapításához, potenciálisan felfedve az egyik állapotból a másikba való átalakulás mögött meghúzódó fizikai mechanizmust. Nevezetesen, hogy az eddig bevezetett sebességkorlátozó módszerek egyike sem képes ezt elérni.

“Az az elképzelésünk, hogy a diszkrét Wasserstein-távolság általánosított változatát használjuk az államok közötti távolság számszerűsítésére” – mondta Vu és Saito. “A Wasserstein-távolság abból az ötletből fakad, hogy számszerűsíteni kell, hogy egy köteg árut mennyit és milyen messzire kell szállítani ahhoz, hogy egy darabból egy másik árut lehessen készíteni. Ez a távolság, amelyet széles körben használnak az optimális szállítási elméletben, topológiai információkat kódol és a rendszer méretével arányosan növekedhet.”

Az egységes topológiai sebességhatár levezetéséhez Vu és Saito feltérképezte a fizikai állapotok időbeli alakulását az optimális szállítási problémához, felhasználva az optimális szállítási távolság tulajdonságait. Vizsgálatuk részeként megközelítésük érvényességét kémiai reakcióhálózatokra és kölcsönhatásban lévő többtestű kvantumrendszerekre is alkalmazva bizonyították.

“Nézetünk szerint tanulmányunk legszembetűnőbb eredménye a topológiai sebességkorlátozás felfedezése, amely pontos előrejelzéseket ad az üzemidőre vonatkozóan, és a dinamika széles skálájára vonatkozhat” – mondta Vu és Saito.

A kutatócsoport által bevezetett új topológiai sebességkorlátozást végül a fizika különböző területein végzett kutatások során lehetne alkalmazni, potenciálisan javítva a különböző rendszerek jelenlegi megértését, és bizonyos esetekben megkönnyítve azok felhasználását új technológiák fejlesztésére. Lehetővé teszi például a kémiai reakciók sebességi képletének létrehozását, valamint a bozonikus transzport és a spinrendszereken keresztüli kommunikáció sebességének univerzális korlátozását.

“A jövőben azt tervezzük, hogy a származtatott topológiai sebességkorlátozás további alkalmazásait vizsgáljuk meg különböző irányokból” – tette hozzá Vu és Saito. “Ígéretes megközelítés a sebességhatár használata a fizikai jelenségek mögöttes mechanizmusok, például a zárt és nyitott rendszerek termikussá tételének jobb megértésére.”

Több információ:
Tan Van Vu et al, Topological speed limit, Fizikai értékelő levelek (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.010402

L. Mandelstam és munkatársai, The Uncertainty Relation Between Energy and Time in Non-relativista Quantum Mechanics, válogatott papírokat (2011). DOI: 10.1007/978-3-642-74626-0_8

© 2023 Science X Network

Idézet: A kutatók a fizikai állapotok fejlődésének egységes topológiai sebességhatárára következtetnek (2023, január 24.) Letöltve 2023. január 25-én a https://phys.org/news/2023-01-derive-topological-limit-evolution-physical. html webhelyről

Ez a dokumentum szerzői jogvédelem alatt áll. A magántanulmányi vagy kutatási célú tisztességes üzletmenet kivételével írásos engedély nélkül semmi más nem reprodukálható. A tartalom kizárólag tájékoztató jellegű.

Leave a Comment

%d bloggers like this: