【48812】我国科大在非平衡态核算物理研讨中获得新开展

  我国科大物理学院、合肥微标准物质科学国家研讨中心徐宁教授研讨组在非平衡系核算算物理的相关研讨中获得重要开展，相关效果2021年7月28日在线发表于《科学开展》（

  温度是衡量物体冷热程度的物理量。例如，皮肤触摸的物体传递给咱们“冷”或许“热”的信息就构成了咱们对物体温度的感知。关于热力学平衡系统，温度表征的是构成系统的单元（如原子、分子）热运动的动能，它还能够由熵与内能的联络、涨落耗散定理等来核算。不管用哪种办法来界说温度，热力学平衡系统的温度都是确认的。

  图1.左图为示意图，标明本作业的方针是讨论老化玻璃、剪切系统和自驱动系统（活性物质）等典型非平衡系统的温度的界说。右图是咱们核算的零温非晶固体的TIS与结晶温度Tc、开始温度Ton、玻璃化改变温度Tg的比较。

  关于非平衡系统，怎么界说温度却是一个难题。人们发现，假如简略借用平衡系统对温度的各种界说，得到的温度值都不相同。此外，假如咱们考虑由比如沙子、岩石等微观“颗粒”构成的系统，室温所对应的颗粒动能底子没办法将一个“颗粒”在重力场中举高一个“颗粒”直径巨细的标准，因而，这样的系统被称为无热系统，温度的界说就好像愈加含糊了。但是，在外力驱动下，这些无热系统依旧能像热运动相同乱七八糟地运动起来而构成系统结构的弛豫，系统好像受到了某种“有用温度”的激起，例如，重力驱动下构成的山体滑坡、泥石流等。以往的研讨标明，假如核算剪切系统（如泥石流）、自驱动系统（如鱼群、鸟群等活性物质）、老化的玻璃等典型的非平衡系统的涨落-耗散联络，会得到两个天壤之别的“温度”，别离对应于短时间热运动的热浴温度和驱动系统长期结构弛豫的“有用温度”。关于缓慢运动演化的非平衡系统，热浴温度低到彻底不会构成系统结构的弛豫，但是，长期的有用温度一般都比较高，用它来解说非平衡系统的结构弛豫好像水到渠成。因而，有用温度一向都被视为表征非平衡系统的一个重要参量，但是，它的实在“身份”一向都是个谜。

  在热浴温度为零的极限下，咱们能否界说玻璃的有用温度？徐宁教授研讨组从这样的一个问题动身，开展了新的模型办法，完成了零温非晶固体涨落-耗散联络的核算，并从中界说了一个温度量纲的物理量TIS。经过一系列剖析比较，该研讨组出人意料地发现，该物理量刚好对应于结晶系统的结晶温度以及玻璃构成系统的“开始温度”（即从简略液体改变为过冷液体的改变温度）。该发现标明：(1)零温玻璃的有用温度是平衡系统的特征温度，然后树立起了非平衡系统和平衡系统的联络；(2)结晶温度和开始温度是等价的，然后经过给出这两个温度等价性的直接依据澄清了两者之间的联络。那么，以往得到的缓慢演化的非平衡系统的有用温度是否与TIS有关？该研讨组进一步发现，缓慢演化的剪切系统、自驱动系统和老化玻璃的有用温度居然都与开始温度或许结晶温度一起，然后终究揭开了非平衡系统有用温度的奥秘面纱：被寄予厚望的有用温度实际上的意思就对错平衡系统相对应的平衡状况下的特征温度！因而，有用温度并不是热力学意义上的温度，它彻底受控于系统的状况参量，如相互作用和密度，不能独立改变，也不满足热力学第零规律。例如，假如将两块有用温度不同的老化玻璃热触摸，它们的有用温度不会到达一起。该作业主张，咱们应该从头审视非平衡系统的有用温度及其所对应的理论。

  博士生张建华和太原理工大学的郑文教授为该作业的一起榜首作者，徐宁教授为通讯作者。这项作业得到了国家自然科学基金委的支撑。