論文の概要: Zeroth Law in Quantum Thermodynamics at Strong Coupling: `in
Equilibrium', not `Equal Temperature'
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2012.15607v1
- Date: Thu, 31 Dec 2020 13:54:43 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-18 05:50:30.209718
- Title: Zeroth Law in Quantum Thermodynamics at Strong Coupling: `in
Equilibrium', not `Equal Temperature'
- Title（参考訳）: 強結合における量子熱力学におけるゼロの法則:「等温」ではなく「平衡」
- Authors: Jen-Tsung Hsiang and Bei-Lok Hu
- Abstract要約: 強い結合における熱力学については同値であることを示す。
2つの系は平衡状態にあり得るが、有効温度は異なる。
これは「平衡」が、強いカップリングにおける量子熱力学のゼロ法則が基礎となるべき妥当かつより基本的な概念であることを示している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The zeroth law of thermodynamics involves a transitivity relation (pairwise
between three objects) expressed either in terms of `equal temperature' (ET),
or `in equilibrium' (EQ) conditions. In conventional thermodynamics conditional
on vanishingly weak system-bath coupling these two conditions are commonly
regarded as equivalent. In this work we show that for thermodynamics at strong
coupling they are inequivalent: namely, two systems can be in equilibrium and
yet have different effective temperatures. A recent result \cite{NEqFE} for
Gaussian quantum systems shows that an effective temperature $T^{*}$ can be
defined at all times during a system's nonequilibrium evolution, but because of
the inclusion of interaction energy, after equilibration the system's $T^*$ is
slightly higher than the bath temperature $T_{\textsc{b}}$, with the deviation
depending on the coupling. A second object coupled with a different strength
with an identical bath at temperature $T_{\textsc{b}}$ will not have the same
equilibrated temperature as the first object. Thus $ET \neq EQ $ for strong
coupling thermodynamics. We then investigate the conditions for dynamical
equilibration for two objects 1 and 2 strongly coupled with a common bath $B$,
each with a different equilibrated effective temperature. We show this is
possible, and prove the existence of a generalized fluctuation-dissipation
relation under this configuration. This affirms that `in equilibrium' is a
valid and perhaps more fundamental notion which the zeroth law for quantum
thermodynamics at strong coupling should be based on. Only when the system-bath
coupling becomes vanishingly weak that `temperature' appearing in thermodynamic
relations becomes universally defined and makes better physical sense.
- Abstract（参考訳）: 熱力学のゼロ法則は、「等温」 (ET) または「不平衡」 (EQ) 条件のどちらかで表される推移性関係(3つの物体間の対角関係)を含む。
従来の熱力学では、この2つの条件は一般に等価であると考えられている。
本研究では, 強結合における熱力学において, 2つの系は平衡状態にあるが, 異なる有効温度を持つことができることを示した。
ガウス量子系に対する最近の結果 \cite{NEqFE} は、有効温度$T^{*}$ が系の非平衡進化の間、常に定義されることを示しているが、相互作用エネルギーの包含により、系の$T^*$ は、カップリングに依存する偏差を持つ浴温度 $T_{\textsc{b}}$ よりもわずかに高い。
温度 $t_{\textsc{b}}$ で同じ浴槽と異なる強度で結合された第二のオブジェクトは、第一のオブジェクトと同じ平衡温度を持たない。
したがって、強い結合熱力学に対するET \neq EQ $である。
次に, 2つの物体1および2の動的平衡条件を, それぞれ異なる平衡有効温度の共用浴B$と強く結合する条件について検討した。
これは可能であり、この構成下での一般化されたゆらぎ-散逸関係の存在を証明する。
このことは 'in equilibrium' は強いカップリングにおける量子熱力学の0番目の法則を基礎とする有効かつより基本的な概念であると断言する。
熱力学関係に現れる「温度」が普遍的に定義され、物理的意味がより良くなるときのみ、システム・バスカップリングは弱くなる。
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