物理团队发现量子姆潘巴效应带来一系列酷的含义

研究人员最初是出于纯粹的好奇心进行研究，但他们的发现弥合了亚里士多德两千年前的观察与现代理解之间的差距，同时也为一系列“酷”——以及“冷却”——的含义打开了大门。

姆潘巴效应最为人熟知的是一种令人费解的现象，即热水比冷水结冰更快。这种反直觉现象的观察可以追溯到亚里士多德，他在2000多年前注意到，庞图斯的希腊人在捕鱼实践中利用了这种现象。

姆潘巴效应还激起了历史上其他伟大思想家的好奇心，例如勒内·笛卡尔和弗朗西斯·培根。它仍然是众多大报文章的主题，并经常在各种场合中作为一个令人好奇的焦点出现，例如在烹饪比赛MasterChef中，参赛者试图利用这种效应以比甜点挑战中看起来更快的速度提供冷冻美食。

现在，我们可以说，这种奇怪的效应比我们之前预想的要普遍得多，因为由物理学院JohnGoold教授领导的TrinityQuSys团队刚刚在《物理评论快报》杂志上发表了一篇研究论文。该论文概述了他们在理解非常不同且极其复杂的量子物理世界中的这种效应方面取得的突破。

古尔德教授说：“‘姆潘巴效应’得名于埃拉斯托·姆潘巴，1963年，当时他还是一名小学生，在坦桑尼亚的家庭经济学课上，他正在制作冰淇淋。姆潘巴没有等他的热冰淇淋混合物冷却就直接把它放进了冰箱，当他发现他的冰淇淋混合物比班上所有更冷的样品都先结冰时，他感到很困惑。

“他向老师指出了这一点，老师却嘲笑他不懂物理——例如，牛顿冷却定律告诉我们，物体冷却的速度与物体和周围环境之间的温差成正比。然而，姆潘巴说服了一位客座教授——达累斯萨拉姆大学的丹尼斯·奥索伯恩——对他所看到的东西进行测试，两人发表了一篇论文，确实证明了这种奇怪的现象。”

尽管姆潘巴效应仍未完全被理解——它的存在在宏观尺度上引起了激烈的争论——但它在微观尺度上更为明显，物理学家使用量子力学理论来描述自然。

量子姆潘巴效应最近成为热门话题，但仍有无数问题悬而未决，例如，量子效应与原始效应有何关系?我们能否构建一个热力学框架来更好地理解这一现象?

QuSys研究小组的突破回答了一些关键问题。

古尔德教授表示：“我们是非平衡热力学和量子理论交界处的专家，因此，我们拥有解决这些问题的正确工具箱。我们的工作本质上提供了一种在量子系统中产生姆潘巴效应的方法，其中可以进行有效‘加热’量子系统的物理变换。通过利用量子动力学的独特特性，量子系统的这种变换反而使其能够以指数级的速度松弛或‘冷却’。”

该团队利用非平衡量子热力学工具包，成功弥合了亚里士多德两千年前的观察与我们现代对量子力学的理解之间的差距。

现在它为许多研究和应用相关的问题打开了大门。

古尔德教授补充道：“虽然我们最初是出于好奇心而开始这个项目，但它迫使我们提出几个基本问​​题，即描述冷却的热力学定律与描述现实的量子力学之间的关系。我们目前正在开发一种几何方法来解决这个问题，希望这能让我们在同一个数学框架内理解不同类型的姆潘巴效应。

“实际上，这种非常‘酷’的姆潘巴效应是一种加速冷却的方法——量子系统的冷却对于量子技术的应用绝对至关重要。考虑到这一点，我相信我们正在开发的一些用于研究这种基本效应的工具对于理解热流等问题以及如何在未来技术中最大限度地减少耗散至关重要。”

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