Физики нашли способ устранить бесконечности в расчетах критических точек

14 414

В основе статистической механики, разработанной Людвигом Больцманом и Джозайей Гиббсом, лежит связь между термодинамическими свойствами макроскопических систем и микроскопическим поведением атомов. Однако при изучении критических состояний, когда система становится чрезвычайно чувствительной к малейшим изменениям, классические теоретические модели выдают бесконечные значения, что не соответствует экспериментальным данным.

Для решения этой проблемы греко-бразильский физик Константинос Тсаллис предложил модифицированное описание энтропии, введя параметр q, который адаптирует классическую статистику к сложным системам. В обычных условиях старая теория остается применимой, но вблизи критических точек новая формулировка позволяет избежать математических «взрывов» значений. Исследователи из Университета Сан-Паулу под руководством Мариано де Соузы, совместно с Тсаллисом, проверили эту концепцию на модели Изинга, которая служит классическим примером квантовой критической точки.

Эксперименты и расчеты показали, что при определенном значении параметра q, называемом q_special, ключевой коэффициент Грюнайзена, связывающий тепловое расширение с теплоемкостью, перестает стремиться к бесконечности и приобретает конечное, физически осмысленное значение. Мариано де Соуза объясняет, что в критических точках традиционное предположение о пропорциональном росте энтропии с размером системы нарушается из-за дальнодействующих взаимодействий между частицами.

«Классическая теория порождает бесконечности, которые лишены физического смысла», — отмечает он. — «Наш подход устраняет эти проблемы и дает более точное описание».

Открытие имеет широкое практическое значение для изучения материалов в условиях, близких к фазовым переходам, включая магнитные вещества, сверхпроводники и квантовые жидкости, а также сложные биологические системы. По словам Соузы, новый метод позволяет моделировать поведение систем там, где традиционные подходы оказываются бессильны. Это открывает перспективы для более точного прогнозирования свойств материалов при экстремальных температурах и давлениях, а также для разработки новых функциональных сплавов и термоэлектрических устройств.

Тем не менее, остается нерешенным вопрос о том, как определить конкретное значение q_special для реальных материалов. Пока что метод успешно применяется к теоретическим моделям, но для таких веществ, как вольфрам или графен, параметр q может изменяться в зависимости от условий. Без точных экспериментальных данных теория рискует остаться лишь красивой математической конструкцией. В предыдущих исследованиях ученые уже сталкивались с неопределенностями при попытках сопоставить теорию с реальными измерениями.

konechnosti-v-kriticheskikh-tochkakh-materialov?utm_source=yxnews&utm_medium=desktop&utm_referrer=https%3A%2F%2Fdzen.ru%2Fnews%2Fstory%2Fed1b9337-2b6b-5118-b346-3b3bb65e98c4

Кая Каллас наконец-то опозорилась вовремя
  • sensei
  • Сегодня 07:24
  • В топе

Очередная битва Каи Каллас с точными науками опять завершилась позором, но этот позор ей к лицу. Не хотелось бы, чтобы глава дипломатии Евросоюза лишилась должности тогда, когда своими ...

Вороны - очень умные птицы...

На самом деле это наша Русская Ворона. Кличка Фрося. Различает уже 15 иностранных и наших флагов. Флаг ЕС она просто снимает с флагштока и относит на ближайшую помойку. Флаг Л...

Отцы поражения

© AP / Geert Vanden Wijngaert Говорят, что у победы много отцов и только поражение сирота. Этот тезис достаточно точно отражает состояние дел в доинформационном обществе. Но в последн...

Обсудить
  • То есть, теория на практике не работает, но, при этом сама считается верной? Феерично, что и говорить...
  • В физике захватили власть идиоты. Предлагаю всю физику после 2000 года признать лженаукой.
  • Интересный подход. Мне напоминает известный метод решения некорректных задач. Обычно, в этих случаях, если мы сведём задачы к системе линейных уравнений, матрица оказывается вырожденой. Но, добавив по диагонали некое оптимальное значение, можно получить вполне разумное решение. Проблема - определить это значение.
  • Не ожидал встретить на Конте такое количество физиков :stuck_out_tongue_winking_eye:
  • :thumbsup: