盧森堡大學研究員Gianmaria Falasco解釋說：“您必須加倍努力才能更快地完成工作。” 他總結了與Massimiliano Esposito的最新工作成果。對于任何一個在嘗試滿足約會和截止日期方面都具有競速經驗的人來說，這都不足為奇，而是通過為耗散的工作量與系統更改狀態(tài)的速率之間的關系定義特定的參數，Falasco和Esposito提供對于那些開發(fā)操縱非平衡系統的方式的寶貴工具是活細胞或電子電路的行為。此外，他們?yōu)槎x這種行為而開發(fā)的“耗散時間不確定性關系”極力暗示了量子物理學中的其他不確定性關系。

生命是一個非平衡過程，不斷地使有機體免受分解和分解進入其環(huán)境。以鼠標或任何其他生物達到平衡，您所擁有的只是一堆黏性物質。維持生命的許多細胞過程可以描述為本質上是概率性的并且容易發(fā)生熱波動的化學反應; 但是，它們使三磷酸腺苷(ATP)，各種細胞信號傳導途徑以及許多其他使我們processes不休的生物過程為燃料的分子馬達提供動力。隨著器件尺寸的不斷縮小，熱波動在其機械部件的動力學方面也越來越突出，更不用說驅動它們的電子電路了。為了理解這些以及其他許多非平衡系統，在一個清晰的數學定義中有很大的價值，該定義可以確定耗散與這些過程進行的速率之間的收益。

盧森堡大學研究人員的最新結果是對過去20年來Esposito所說的統計物理學特別是非平衡統計物理學領域“真正的繁榮”的發(fā)展的延續(xù)。在1990年代和2000年代，出現了一系列定理，這些定律將參數置于熱力學第二定律的概率性質附近，該定律指出，一個孤立的系統的熵應該“趨于增加”，直到達到平衡為止。這些波動定理發(fā)現在這方面，熵產生的指數等于波動在增加熵方向上移動的概率與波動逆著谷物的概率之比。Esposito說：“從某種意義上說，我們仍在發(fā)現這些波動關系和該領域(稱為隨機熱力學)的所有后果。”

觀點轉變

這一系列活動中的一個開創(chuàng)性發(fā)展是“ 熱力學不確定性關系 ”，由德國斯圖加特大學的研究人員于2015年定義。他們表明，系統最終狀態(tài)的精度隨移動它所需的能量而增加。(這些定理通常是指熱動力引起明顯波動的小型系統)。同時，在量子物理學中，另一項開創(chuàng)性的發(fā)展速度限制了您可以多快地完成用于量子計算的各種量子態(tài)操縱。Falasco說：“我們的工作誕生于加入這兩個研究領域的努力。”

當Falasco和Esposito致力于這項工作時，他們注意到大多數研究都考慮了系統如何改變其狀態(tài)，但是執(zhí)行感興趣任務的實際物理系統更有可能通過移動(或改變)能量來改變周圍環(huán)境的狀態(tài)?；驈囊粋€地方(或形式)到另一個地方的問題。以散熱器為例，本質上是將鍋爐連接到較冷房間的熱水管道-散熱器不會改變其狀態(tài)，但會加熱房間。Falasco說：“我們得到了將這個想法轉化為數學的結果。”

一旦Falasco和Esposito以這種方式定義了他們的系統并應用了波動定理中定義的概率比，他們便能夠定義一種令人難以置信的簡單關系，描述達到不同狀態(tài)所需的時間與耗散的能量之間的收益(或產生的熵)：平均時間與耗散能量的乘積永遠不能小于自然萬能常數之一即玻耳茲曼常數的值。

看到該關系式已寫成，并且與海森堡的不確定性關系極為相似，其精確度可根據初始條件預測量子系統的能量，時間或動量和位置，這些乘積的乘積永遠不能小于其一半。普朗克常數。Esposito說：“因此，這種類比非常引人入勝。” 進一步了解如果有任何相似之處具有什么意義，將是該領域未來工作的重點。