量子粒子的理想气体定律

经典热力学定律如何从底层量子基板中涌现的问题,是物理学的基础之一。该研究团队探讨了理想气体定律(IGL)在单个量子粒子被限制在二维腔体中的有效性。通过将量子波函数解释为类似于理想气体的概率密度,研究人员利用能量均分原理定义了量子态的温度。对于平均压力,该团队采用了两种定义:一种直接基于辐射压力的概念,另一种则利用了适用于台球本征态的准正交关系。该工作分析了具有规则动力学的系统——圆形和矩形台球,并将它们与经典混沌的Bunimovich体育场进行了比较。研究发现,对于第一种压力定义,IGL在各向同性系统(如圆形台球)中完全成立,而在各向异性几何中,量子本征函数通常仅在平均意义上符合IGL,并表现出显著的偏差。这些偏差在混沌动力学和相干态的存在下有所减弱。这一观察结果与本征态热化假设(ETH)一致。值得注意的是,第二种压力定义能够与IGL较好地匹配。

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