米乐m6手机版物理学突破：研究人员克服了长期以来热力学第一定律的限制热力学第一定律指出，能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，只能从一个物体转移到另一个物体，而且能量的形式也可以转换。

　　西弗吉尼亚大学 KINETIC 等离子体物理中心 Paul Cassak 教授兼副主任和物理与天文学系研究生研究助理 Hasan Barbhuiya 正在研究太空中过热等离子体的能量转换。将彻底改变对空间和实验室中等离子体如何加热的理解，并可能对物理学和其他科学产生深远影响。

　　「假设你加热了一个气球，」Cassak 说。「热力学第一定律告诉你气球膨胀了多少，以及气球内部的气体变得多热。关键是导致气球膨胀和气体变热的总能量与你放入气球的热量相同。第一定律被用来描述很多事情——包括冰箱和汽车发动机的工作原理米乐m6官网。它是物理学的支柱之一。」

　　热力学第一定律诞生于 19 世纪 50 年代，仅适用于可以正确定义温度的系统，即所谓的平衡状态。例如，一杯冷水和一杯热水混合在一起，最终会达到两者之间的「温暖」温度，这个「温暖」的温度就是平衡。然而，当热水和冷水还没有达到那个终点时米乐m6官网，水就失去了平衡。同样，在现代科学的许多领域，系统也不处于平衡状态。

　　100 多年来，研究人员一直试图将第一定律扩展到不处于平衡状态的普通材料，但这种理论只有在系统接衡时——即热水和冷水几乎混合时——才有效。例如米乐m6官网，这些理论在远离平衡的空间等离子体中不起作用 Cassak 和 Barbhuiya 的工作填补了这一限制的空白。「我们将热力学第一定律推广到非平衡系统。」Cassak 说。「我们进行了计算，以确定有多少能量与不平衡的物质相关，无论系统接近或远离平衡，它都有效。」

　　他们的研究有许多潜在的应用。该理论将帮助科学家了解太空中的等离子体，这对于准备应对太空天气非常重要。当太阳大气中的巨大喷发将过热等离子体喷射到太空时，就会发生太空天气。它可能导致停电、卫星通信中断和飞机改道等问题。「这一结果代表着我们在理解上迈出了一大步。」Cassak 说。「到目前为止，我们研究领域的最新技术是仅考虑与膨胀和加热相关的能量转换，但我们的理论提供了一种方法来计算非平衡状态下的所有能量。」

　　「因为热力学第一定律的应用如此广泛，」 Barbhuiya 说，「我们希望各个领域的科学家都能使用我们的结果。例如，它可能有助于研究低温等离子体，这对半导体和电路行业的蚀刻很重要，以及化学和量子计算等其他领域。它还可能有助于天文学家研究星系如何随时间演化。

　　与 Cassak 和 Barbhuiya 相关的开创性研究正在西弗吉尼亚大学动力学实验、理论和综合计算等离子体物理中心的 PHAse 空间映射实验 PHASMA 中进行。「PHASMA 正在对不平衡的等离子体中的能量转换进行与空间相关的测量。这些测量结果在全世界都是独一无二的，」Cassak 说。同样，他和 Barbhuiya 取得的突破将改变等离子体和空间物理学的面貌，这种壮举并不经常发生。

　　「物理学定律并不多——牛顿定律、电磁定律、热力学三大定律和量子力学定律，」物理与天文学系教授兼临时主席 Duncan Lorimer 说。「对这些已经存在了 150 多年的定律之一进行改进是一项重大成就。」

　　「这些新的第一性原理导致了应用于等离子体的非平衡统计力学，这是 NSF [促进科学进步] 使命所促成的学术研究的一个很好的例子，」美国国家科学基金会等离子体物理学项目主任 Vyacheslav Lukin 说。