| [ sciEncE ] in KIDS 글 쓴 이(By): fractal (욱 이) 날 짜 (Date): 1999년 10월 13일 수요일 오후 11시 00분 01초 제 목(Title): negative temperature 우선 온도에 대한 정의를 해보죠. 통계 역학적 온도의 정의는 다음과 같습니다. 1/T=dS/dE (T : 절대온도, S : 엔트로피, E : 에너지) 따라서 negative temperature란 에너지가 커질때 엔트로피가 작아지는 시스템을 만들 수 있으면 가능한 거죠. 실제 이런 시스템은 가능합니다. N개의 1D spin 시스템을 생각해 봅시다. 여기에 강한 자기장 B를 걸어주면, 시스템의 에너지는 다음과 같이 주어집니다. E=(N+ - N-)uB (N+ : up spin의 수, N- : down spin의 수, u : magnetic moment, B : 자기장) 이 시스템의 ground 상태는 모든 spin이 down인 경우 그러니까 에너지가 -NuB가 되죠. 이 에너지에 해당하는 가능한 상태수는 오직 하나 그러니까 엔트로피는 0이지요. 자 이제 uB만큼 에너지를 올리면 하나의 spin이 up일 수 있겠죠. 따라서 가능한 경우의 수는 N, 즉 엔트로피는 klogN. 이런 식으로 에너지가 커지면 엔트로피가 증가합니다. 자 이제 모든 spin이 up인 경우를 생각해 보죠. 이때는 역시 엔트로피 제로. 그리고 에너지도 최고입니다. 여기서 에너지를 uB만큼 줄이면 이제는 마찬가지 원리로 엔트로피가 늘어납니다. 즉 에너지에 따라 sin 함수 같이 최소, 최대에서 엔트로피 제로, 에너지 제로에서 언트로피 최대를 갖게됩니다. 이 경우 up spin이 절반 보다 많은 영역에서는 negative temperature가 됩니다. 실제 이게 가능하냐? 실제로 가능하죠. 자기장이 아주 강하고, 다른 degree of freedom을 무시할 수 있는 상황에서 말이죠. 실제 이걸 써서 rf amplifier를 만들려는 연구[ref]가 (이미 성공했나?) 되고 있답니다. (Ref) N.F. Ramsey, "Thermodynamics and statistical mechanics at negative absolute temperature," Phys. Rev. _103_, 20 (1956). M.J. Klein,"Negative Absolute Temperature," Phys. Rev. _104_, 589 (1956). |