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好神奇??！有些東西先冷卻后，再加熱的速度，卻能成倍增加！

2020-05-31 15:27 作者:博科園 0人讀過 | 我要投稿

例如要加熱一片披薩，你很可能不會(huì)考慮先把它放在冰箱里先冷凍一下。但一項(xiàng)理論研究表明，作為加熱前的第一步，冷卻可能是加熱某些物質(zhì)材料的最快方式。

事實(shí)上，物理學(xué)家發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》期刊上的一項(xiàng)研究中計(jì)算出，這種預(yù)冷有時(shí)會(huì)導(dǎo)致加熱速度成倍增加，這個(gè)概念與Mpemba效應(yīng)相似。Mpemba效應(yīng)是一種違反直覺的觀察結(jié)果，即熱水有時(shí)結(jié)冰的速度比冷水快（SN：1/6/17）。

科學(xué)家們對(duì)于為什么會(huì)出現(xiàn)（姆潘巴效應(yīng)）Mpemba效應(yīng)仍然沒有達(dá)成一致，而且很難始終如一地重現(xiàn)這種效應(yīng)。西班牙巴達(dá)霍斯埃克斯特雷馬杜拉大學(xué)的物理學(xué)家安德烈斯·桑托斯說：這項(xiàng)新研究是從不同的角度思考姆潘巴效應(yīng)等效應(yīng)的一種方式。這種更快加熱的潛力實(shí)際上并不適用于披薩片，而是適用于某些簡(jiǎn)化的材料理論模型，科學(xué)家們利用這些模型進(jìn)行計(jì)算，以幫助他們理解真實(shí)的材料。

以色列雷霍沃特魏茲曼科學(xué)研究所的物理學(xué)家阿米特·加爾和奧倫·拉茲研究了一種名為伊辛模型的理論系統(tǒng)，伊辛模型是一個(gè)由原子組成的二維網(wǎng)格，其磁極可以指向上或下。特別是考慮了伊辛模型的一個(gè)版本，在該模型中，相鄰原子傾向于將它們的極點(diǎn)指向相反方向，這種行為被稱為反鐵磁性。在該系統(tǒng)中，在預(yù)冷階段之后，加熱可以發(fā)生得更快。

要產(chǎn)生新效應(yīng)，除了受預(yù)冷影響的均勻溫度之外，還必須有系統(tǒng)的一些相關(guān)屬性。否則，預(yù)冷和復(fù)溫的系統(tǒng)和沒有預(yù)冷和復(fù)溫的系統(tǒng)之間沒有區(qū)別，但溫度并不能說明全部情況。在反鐵磁性伊辛模型的情況下，研究人員考慮了所有原子產(chǎn)生的總磁化強(qiáng)度，以及有多少磁體指向它們相鄰原子的相反方向。冷卻材料可以改變這兩種屬性之間的比例，從而使加熱過程更快進(jìn)行。

拉茲希望物理學(xué)家下一步可能會(huì)在真正的材料中尋找這種效應(yīng)，比如磁性合金。西班牙多諾斯蒂亞國(guó)際物理中心的物理學(xué)家阿道夫·德爾·坎波(Adolfo Del Campo)說：前景令人興奮，科學(xué)家們一直在尋找方法來加快微型機(jī)器的加熱速度，這些機(jī)器遵循量子力學(xué)的規(guī)則，可以繞過標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器的一些限制(SN：4/1/19)。如果能在這樣的微型機(jī)器上利用這種效應(yīng)，將會(huì)非常方便。

加熱連接到溫控烤箱的系統(tǒng)最快方式是什么？直觀的答案是只使用可用的最熱溫度。然而本研究表明，通常可以實(shí)現(xiàn)指數(shù)級(jí)更快的加熱方案。令人驚訝的是，該效應(yīng)可以有一個(gè)預(yù)冷階段，在加熱之前對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，大大縮短了加熱時(shí)間。為了在多體系統(tǒng)中演示這種改進(jìn)，研究開發(fā)了一種基于投影的方法，可以在大系統(tǒng)中找到這樣的效應(yīng)，就像在二維反鐵磁伊辛模型上所演示的那樣。