Ученые Испании и Германии обнаружили фундаментальную асимметрию между скоростью нагрева и скоростью охлаждения, объяснив с помощью математической модели, почему первый процесс протекает быстрее второго. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Physics.
Ранее нагрев и охлаждение рассматривались как симметричные процессы, протекающие схожим образом. Если увеличение температуры представляет собой передачу энергии отдельным частицам, усиливая их движение, то охлаждение влечет за собой выделение энергии с затуханием теплового движения.
Физики подвергли коллоидные микрочастицы воздействию различных температур, тщательно контролируя температуру окружающей среды. Это позволило отслеживать движение частицы с исключительной точностью и собрать статистические данные о расстоянии, на которое она перемещается, и скорости движения.
Оказалось, что при любых двух значениях температуры нагрев не только происходит быстрее, чем охлаждение, но и протекает по принципиально другому пути, объясняемому в рамках новой теоретической основы, названной тепловой кинематикой. В целом охлаждение было более сложным процессом. Этой асимметрии подчиняются тепловые двигатели — микроскопические машины, предназначенные для выполнения полезной работы за счет разницы температур.