Violation of the Zeroth Law of Thermodynamics in Systems with Negative Specific Heat
我们证明了具有负比热的系统可以违反热力学第零定律。通过数值模拟和使用精确表达式的自由能和微正则熵它表明，如果两个系统具有相同的强度参数，但具有负比热热耦合，他们经历了一个过程中，总熵增加不可逆的。最终的平衡是这样的，出现两个相，也就是说，在两个系统中相同的温度下，子系统具有不同的磁化强度和内能，但可以不同于初始温度。
2008-04-26 cond-mat.stat-mech
Violation of Fundamental Thermodynamic Law or Invalid Microstate Densities?
经常错误地假设微状态的数量Ω（E，V，N，.）对于一个孤立系，可用的能量可以任意依赖于扩展变量E，V，N，.然而，这不是自然系统的情况下，可以达到热力学平衡，因为存在的限制，从基本的平衡公理的独立性和\it{a priori}等概率的微观状态，和基本常数的性质。在这里，我们推导出一个简洁的公式，规定了Ω的条件，必须满足真正的系统。不遵守这一条件的模型在平衡态热力学形式主义下处理时将呈现不一致性。这与最近的一些模型有关，其中已经报道了负热容和违反基本热力学定律。自然量子系统遵守公理并遵守基本常数，因此自然系统在没有无限范围力的情况下，原则上可以达到热力学平衡。
2013-07-29 cond-mat.stat-mech physics.class-ph
Equation of state in a small system: Violation of an assumption of Maxwell's demon
研究了含有少量粒子的理想气体的状态方程。由此产生的方程被发现不同于传统的热力学，这是惊人的说明时，考虑到传统的热力学问题麦克斯韦的恶魔。我们澄清了小系统中产生的热力学的这种不同特征的机制。
2007-10-26 cond-mat.stat-mech
Apparent violations of the second law in the quantum-classical dynamics of interacting levitated nanoparticles
本文研究由库仑相互作用的悬浮纳米粒子构成的量子-经典系统中热力学第二定律的表观违反现象，分析量子系统不同初始态对经典粒子的功、涨落及违反概率的影响，开启了随机热力学视角下混合量子-经典系统的研究。
2025-09-04 cond-mat.stat-mech quant-ph
Optimal processes for probabilistic work extraction beyond the second law
根据热力学第二定律，对于在与固定温度的环境接触的系统上进行的每一次变换，提取的功由系统的自由能的减少限制。然而，在一个单一的实现一个通用的过程中，提取的工作是受统计波动，这可能允许概率违反先前的界限。我们有兴趣增强这种效果，即我们寻找的热力学过程，最大限度地提高提取工作的概率高于给定的任意阈值。对于任何遵守Jarzynski恒等式的过程，我们确定工作提取概率的上限，该上限还取决于我们愿意在失败的情况下提取的最小工作量，或者我们希望从系统中提取的平均工作量。然后，我们表明，这个限制可以饱和的量子离散过程的序列的幺正淬火和完整的热化的热力学形式主义。我们明确地确定了最佳的协议，这是由两个准静态等温变换分离的有限酉淬火。
2016-04-27 cond-mat.stat-mech quant-ph
Strong Violation of the Thermodynamic Uncertainty Relation in a Minimal Autonomous Heat Engine
Charles University, Faculty of Mathematics and Physics（查理大学数学物理学院）
研究展示了一个由离散棘轮和欠阻尼谐振子构成的最小自给自足热机，其在时间尺度分离条件下，表现出热力学不确定性关系的强违反，且内部控制的确定性增加使TUR比趋于零。
2026-03-20 cond-mat.stat-mech
Thermodynamics of extensive but nonadditive systems: modified Gibbs-Duhem equation in the dipolar gas
本文研究了广延非加性体系的热力学性质。给出了可加性和可拓性的精确定义，我们将看到，可加性导出了热力学函数的形状无关性、熵的不变性和系综的等价性等重要性质。在非加性系统中，上述性质中的一些可能被违反。指出非可加系统中熵密度的形状依赖性导致Gibbs-Duhem方程的破坏。作为一个例子，偶极气体进行了数值研究，并证实了违反吉布斯-迪昂方程。在极化偶极气体的冷原子实验中，可以观察到Gibbs-Duhem方程的预言破坏。
2015-10-24 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech
Violation of local equilibrium thermodynamics in one-dimensional Hamiltonian-Potts model
School of Environmental Science and Engineering, Kochi University of Technology（高知工科大学环境科学与工程学部）
通过一维分数阶哈密顿-Potts模型研究非平衡一级相变，发现界面温度偏离平衡转变温度，证实局部平衡描述被违反，且界面温度与全局热力学预测一致。
2026-06-12 cond-mat.stat-mech
Effective thermodynamics of strongly coupled qubits
在低温下，量子系统与其环境之间的相互作用可能导致系统违反热定律。这些违反的根源是系统与环境之间的纠缠，它阻止系统进入热态。另一方面，对于两态系统，我们表明，可以定义一个有效的温度，将系统置于一个“伪热”的状态，有效的热定律得到维护。然后，我们数值探索这些主张的n态系统的灵感来自自旋玻色子环境。
2011-08-24 cond-mat.other cond-mat.stat-mech quant-ph
Duration of local violations of the second law of thermodynamics along single trajectories in phase space
我们定义{ \it违规分数} $ν$作为时间的累积分数，熵变化是负的过程在相空间中的单一实现。该量取决于自由度$N$的数量和时间间隔$τ$的持续时间。在大- $τ$和大- $N$极限下，我们证明了对于遍历和微可逆系统，$ν$的平均值标度为$\langleν(N,τ)\rangle\sim\big(τN^{\frac{1}{1+α}}\big)^{-1}$ .指数$α$是正的，并且通常取决于用于外部驱动力的协议，即用于恒定驱动的$α=1$。作为一个例子，我们研究了一个非平凡的模型，其中熵产生的波动是非高斯的：一个弹性线驱动的非谐陷阱在一个恒定的速度。在这种情况下，我们证明了$\langle ν\rangle$与$N$和$τ$的标度与我们的结果一致。最后，我们讨论了如何在连续相变附近的标度律可能会打破。
2014-02-03 cond-mat.stat-mech
Work fluctuations, transient violations of the second law and free-energy recovery methods: Perspectives in Theory and Experiments
在这份报告中，我讨论波动定理和瞬态违反热力学第二定律的小系统。特别强调的是在非平衡单分子拉伸实验的框架中的自由能恢复方法。处理是从一个统一的理论-实验的角度，并强调如何这些实验有助于我们理解的热力学行为的小系统
2004-01-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Information-theoretic foundations of thermodynamics in general probabilistic theories
我们使用能够描述任意物理理论的抽象框架、一般概率理论来研究热力学和统计力学的信息基础。这使得人们可以从理论形式的具体细节中抽象出理论的信息内容。在这个框架中，我们扩展了微正则热力学的处理，即系统的热力学与一个明确定义的能量，超越了已知的经典和量子理论的情况下，制定一个明确定义的热力学的两个必要条件。我们采用资源理论的最新方法，其中一个研究状态之间的转换，可以完成一组有限的物理操作。我们制定了三种不同的资源理论，不同的物理操作的限制集的选择。为了弥合粒子的客观动力学和概率的主观世界之间的鸿沟，统计力学基础的核心问题之一，我们提出了四个信息论公理。他们满足于量子理论和更奇特的替代方案，包括经典理论的适当扩展，其中经典系统相互作用产生纠缠态。这些公理确定了一类理论，其中每个混合态都可以建模为纯纠缠态的简化态。在这些理论中，可以引入控制、熵和吉布斯态等行为良好的概念，允许从信息论推导出兰道尔原理。三种资源理论定义了相同的资源概念，当且仅当，在四个公理之上，基础理论的动态满足一个称为“不受限制的可逆性”的条件。在此条件下，我们推导出微正则热力学和纯二体纠缠之间的对偶性。
2019-01-23 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Comments on "Cooling by Heating: Refrigerator Powered by Photons"
我们的评论，在物理学中提出的模型。108，120603（2012）违反了热力学第三定律的动力学版本。我们讨论了热力学第三定律的不同表述，并提出了违反的可能原因。
2012-08-13 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamic uncertainty relation in quantum thermoelectric junctions
最近，热力学不确定性关系（TUR）已制定了经典的马尔可夫系统演示精度（电流波动）和成本（耗散）之间的权衡。违反TUR的系统是有趣的，因为它们克服了关于热机的效率、其功率和其稳定性（功率波动）的另一个权衡关系。在这里，我们分析的根源，程度，并在量子热电结在稳态TUR违反性能的影响。考虑到非相互作用的电子，首先我们证明，只有由单电子转移事件产生的电流噪声的“经典”分量遵循TUR。因此，电流噪声的剩余“量子”部分是造成这种量子系统中TUR潜在违反的原因。接下来，专注于共振输运制度，我们确定的参数范围内，可以观察到的违反TUR-电压偏置的结和热电发动机。我们用一个串联双量子点系统的精确数值模拟来说明我们的发现。最重要的是，我们证明了TUR总是在接近热力学效率极限时，在非相互作用的热电发电机。
2019-04-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Detailed fluctuation theorem bounds apparent violations of the second law
热力学第二定律是关于熵产生统计的陈述，$\langle Σ\rangle \geq 0$。对于小系统，已知熵产生是随机变量，并且在某些实验中可能观察到负值（$Σ< 0$）。这种情况有时被称为明显违反第二定律。在这个意义上，第二定律多久被违反一次？对于一个给定的平均$\langle Σ\rangle $，我们表明，强详细的波动定理意味着一个较低的紧界的明显违反第二定律。作为应用，我们验证了在弱耦合近似下，由玻色子模式介导的两个水库之间的热交换问题，一个悬浮的纳米粒子和一个经典的粒子在一个盒子中产生的熵的界限是满足的。
2021-10-01 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamic potentials from a probabilistic view on the system-environment interaction energy
针对强耦合开放系统中传统统计力学失效的问题，提出在特定条件下转移热力学变量依赖关系以简化测量的方法，推导出适用于任意耦合强度的一般等式，为强耦合系统的自由能差提供深刻见解。
2025-04-30 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Thermodynamic uncertainty relation in the overdamped limit with a magnetic Lorentz force
在非平衡系统中，电流的相对涨落与熵产生之间存在一种普遍的折衷关系，称为热力学测不准关系（TUR）。对于具有破缺时间反演对称性的系统，在特定的模型或线性响应区域中已经报道了它的破坏。在这里，我们推导出一个修改后的版本的TUR解析一般朗之万动力学与磁洛伦兹力引起的时间反转打破过阻尼极限。值得注意的是，这种修改的版本是简单地给出了由过阻尼运动的降低的有效温度与储层温度的比率缩放的常规TUR，允许违反常规TUR。如果没有洛伦兹力，这个比值变为1，恢复到传统的TUR。我们验证了我们的结果在一个特定的可解系统的分析和数值。
2021-05-26 cond-mat.stat-mech
The Peculiar Status of the Second Law of Thermodynamics and the Quest for its Violation
尽管热力学第二定律在自然定律中占有至高无上的地位，正如许多杰出的科学家，特别是爱丁顿和爱因斯坦所说的那样，它的地位似乎也很特殊。考虑到物质的原子性质，其行为可以用统计物理学很好地描述，第二定律不能无条件地成立，而只能在统计上成立。这不是绝对的法律。因此，在本文中，我们试图论证，我们还没有任何真正令人信服的论据（已知的基本物理定律）来排除它可能的宏观违反。甚至连兰道尔的信息论原理似乎也达不到最初的期望，即成为麦克斯韦所有恶魔失败的基本“物理”原因。在这里，我们提出了一个修改后的Szilard引擎的操作过程中没有任何步骤类似的创建或销毁的信息。我们认为，基于信息的驱魔一定是错误的，或者至少是多余的，而这种引擎无法工作的真正物理原因在于无处不在的热波动（和摩擦）。我们从以上这些独特的特征中看到了进行探索性研究以挑战第二定律的主要动机和理由，这一研究仍在进行中，而且可能比以往任何时候都更加丰富。还对其中一些挑战进行了相当全面（和关键）的描述。
2012-06-25 cond-mat.stat-mech physics.class-ph
Ultrarelativistic Bose-Einstein Gas on Lorentz Symmetry Violation
本文研究了洛仑兹对称性破缺对理想气体热力学性质的影响。受Carroll-Field-Jackiw电动力学模型中Lorentz和CPT破坏项的色散关系的启发，我们计算了Boltzmann，Fermi-Dirac和Bose-Einstein分布的热力学量。两个制度进行了分析：非相对论和相对论之一。在第一种情况下，我们表明，由陈-西蒙斯项诱导的拓扑质量的行为作为一个化学势。对于玻色-爱因斯坦气体，可以发现在两种状态下都有凝聚，在相对论状态下出现凝聚，这是这项工作的主要贡献。
2011-06-23 astro-ph.CO cond-mat.stat-mech hep-th
The mutual co-implication of thermodynamics' first and second laws
在经典的唯象热力学中，第一定律和第二定律可以看作是独立的陈述。统计力学提供了一个微观基础，通过微观状态概率分布${p_i}$，用概率术语解释热力学。我们在这里研究这两个定律之间迄今尚未探索的微观联系。给定一个信息测度（或熵形式），两个定律中的每一个都通过过程$p_i \to p_i+dp_i$暗示另一个。
2004-12-14 cond-mat.stat-mech
Stochastic energetics and thermodynamics at small scales
在非常小的尺度上，像功和热这样的热力学能量交换变得与系统的热能相当，这导致了不寻常的现象，比如瞬态违反第二定律。我们探讨了这些系统的一般特点，使用随机热力学的框架，并提供了一个初步的概述的基本概念。在这里，我们试图把一些积极追求的主题，如时间箭头，第二定律的信息增益的影响，使用克鲁克斯定理和热力学不确定性关系的生命起源的解释简单的术语。
2019-06-23 cond-mat.stat-mech
Thermodynamic uncertainty relations in superconducting junctions
本文研究了超导结中的热力学不确定性关系，发现当用超导储库取代金属储库时，由于多重Andreev反射与正常准粒子输运共存，会导致大幅TUR违反，这为构建低耗散且高稳定的量子热机提供了优势。
2025-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech cond-mat.supr-con
Work Relation and the Second Law of Thermodynamics in Nonequilibrium Steady States
本文将Jarzynski的功关系和热力学第二定律推广到一个由外界介质作用的热传导系统。这些扩展包含一个新的非平衡贡献表示为违反（线性）的反应关系所造成的操作。我们发现，最小功原理的自然扩展涉及到时间反演操作的信息，并且远非简单。特别是当温度梯度很小时，我们的功关系可以用实验来检验。
2012-09-24 cond-mat.stat-mech
Entropy and Thermodynamic second laws: New perspective - stochastic thermodynamics and fluctuation theorems
最近，在热力学第二定律问题上有了相当大的进展，这就是众所周知的熵增加定律或不可逆性。特别是，一种新的对称性称为Gallavotti-Cohen对称性被发现在非平衡（NEQ）波动，这导致了所谓的波动定理。热力学第二定律是涨落定理的一个简单的推论，人们可以从涨落定理中定量地预测NEQ过程违反熵增加定律的频率。违反消失在热力学极限，但可以观察到合理的小系统。本文简要介绍了随机热力学，并导出了各种涨落定理，包括总熵产生、功-自由能关系、过剩和持家熵以及信息熵。
2018-05-15 cond-mat.stat-mech
Microscopic Irreversibility and the H Theorem
时间反演一直被认为是物理学在基本水平上的对称性。在本文中，我们将探讨违反时间反演对称性的基本水平和热力学系统的后果。首先，我们将从当前物理学的角度论证宇宙动力学不是时间反演不变的。第二，我们将论证任何热力学系统都不能与宇宙的其余部分隔离开来。然后，我们讨论这两个如何使热力学系统的动力学在经典和量子水平上非常弱的不可逆。由于时间反演不再是现实系统的对称性，宏观不可逆性如何从微观可逆性产生的问题变得无关紧要，因为不再有微观可逆性。在热力学系统的经典水平上，我们证明了即使没有微观可逆性，玻尔兹曼的H定理仍然成立。我们通过推导一个修正的H定理来做到这一点，该定理仍然表明熵单调增加。在量子水平上，我们显示了CP破坏的影响，小的不可逆变化的核和原子的能级的热力学系统的内部状态。因此，我们消除了洛施密茨对玻尔兹曼思想的反对。
2012-10-30 cond-mat.stat-mech
Thermodynamics of memory erasure via a spin reservoir
具有多守恒量的热力学为设计新型器件提供了一个有希望的方向。例如，Vaccaro和Barnett的[J. A. Vaccaro和S. M. Barnett，Proc. R. A 467，1770（2011）; S. M. Barnett和J.A. Vaccaro，Entropy 15，4956（2013）]提出了信息擦除方案，其中擦除的成本仅仅是能量以外的守恒量，允许新种类的热机。在最近的工作中，我们研究了擦除代价在自旋角动量中的离散涨落和平均界。在这里，我们用自旋等价的功（称为自旋劳动）和自旋等价的热（称为自旋热）来说明成本。我们发现，先前发现的约束上的擦除成本的$γ^{-1}\ln{2}$可以违反的spinlabor成本，并只适用于spintherm成本。我们得到三个边界为不同的擦除协议，并确定一个提供了最严格的约束。为了完整性，我们推导出一个广义Jarzynski等式和违反的概率，这表明对于特定的协议，违反的概率可以是惊人的大。我们还推导了一个积分涨落定理，并利用它来分析使用自旋库的信息擦除的成本。
2021-05-12 cond-mat.stat-mech cs.IT math.IT
Violation of Local Detailed Balance Despite a Clear Time-Scale Separation
本文通过分子马达马尔可夫模型证明，清晰时间尺度分离并不能保证局部细致平衡，而采用 Milestoning 粗粒化可在有记忆时恢复热力学一致性。
2022-04-28 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Thermodynamic inference of correlations in nonequilibrium collective dynamics
本文提出利用热力学不确定性关系的明显违背来推断非平衡集体动力学中隐藏的相关性强度和相互作用流数量，并通过解析与数值模型验证了该策略的适用条件。
2024-10-15 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
