論文の概要: Necessary conditions for the Markovian Mpemba effect
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.04567v1
- Date: Wed, 04 Mar 2026 19:54:17 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-03-06 22:06:10.961494
- Title: Necessary conditions for the Markovian Mpemba effect
- Title（参考訳）: マルコフムペンバ効果に必要な条件
- Authors: Ido Avitan, Roee Factor, David Gelbwaser-Klimovsky,
- Abstract要約: メペンバ効果(Mpemba effect)は、平衡から温度まで離れた系が最初に近づく前に熱する熱力学的異常である。
我々は,Mpemba効果を示すシステムの種類を評価するためにプロトコルを適用し,マルコフ系におけるMpemba効果が熱力学的異常のままである理由を説明する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The Mpemba effect is a thermodynamic anomaly in which a system farther away in temperature from equilibrium thermalizes before one that is initially closer. The effect has been experimentally observed across a wide range of systems, including water, colloids, and trapped ions. It has recently been the focus of numerous studies aimed at understanding its mechanisms and developing multiple applications. Despite extensive work in the field, clearly determining which types of systems exhibit the Mpemba effect remains an open question. To address this, we derive simple necessary conditions on the transition rates for the Mpemba effect in a Markovian 3-level system and show that they can be applied to study the Mpemba effect in an N-level system. Multiple time scales govern thermalization in these systems. This allows the evolution to occur more quickly across larger temperature differences, explaining the Mpemba effect. We apply our protocol to evaluate which types of systems exhibit the Mpemba effect and, in doing so, explain why the Mpemba effect in Markovian systems remains a thermodynamic anomaly. In particular, due to the maximum entropy principle, our conditions allow us to discard the sub-Ohmic and Ohmic spectra. The latter describes a wide range of physical and chemical phenomena, which will not exhibit the Mpemba effect. Moreover, our results provide a clear path to determine the minimal physical requirements for the Mpemba effect, and we apply them to understand its underlying mechanisms better. Finally, our protocol could help identify relevant parameters for experiments, numerical simulations and diverse applications.
- Abstract（参考訳）: メペンバ効果(Mpemba effect)は、平衡から温度まで離れた系が最初に近づく前に熱する熱力学的異常である。
この効果は、水、コロイド、閉じ込められたイオンを含む幅広いシステムで実験的に観察されている。
最近では、そのメカニズムを理解し、複数のアプリケーションを開発することを目的とした多くの研究の焦点となっている。
この分野での広範な研究にもかかわらず、Mpemba効果を示す系の種類を明確に決定することは、未解決の問題である。
これを解決するために,マルコフ3レベル系におけるMpemba効果の遷移速度に関する簡単な条件を導出し,Nレベル系におけるMpemba効果の研究に適用可能であることを示す。
複数の時間スケールがこれらのシステムの熱化を制御している。
これにより、Mpemba効果を説明すれば、より大きな温度差で進化がより速く起こる。
我々は,Mpemba効果を示すシステムの種類を評価するためにプロトコルを適用し,マルコフ系におけるMpemba効果が熱力学的異常のままである理由を説明する。
特に、最大エントロピー原理により、我々の条件は、サブオーミックスペクトルとオーミックスペクトルを破棄することができる。
後者は、Mpemba効果を示さない幅広い物理現象と化学現象を記述している。
さらに,本研究は,Mpemba効果の最小限の物理的要件を決定するための明確な経路を提供し,その基盤となるメカニズムをよりよく理解するためにそれらを適用した。
最後に,本プロトコルは,実験,数値シミュレーション,多種多様な応用に関するパラメータの同定に有効である。
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