熱化

物理学 において、熱化（または熱平衡）とは、物理的物体が相互作用を通じて熱平衡に達する過程である。一般に、システムの自然な傾向は、システムのエントロピーを最大化するエネルギーの均等分配と均一な温度の状態に向かう。したがって、熱化、熱平衡、および温度は、統計物理学、統計力学、および熱力学における重要な基本概念であり、これらはすべて、科学的理解と工学的応用の多くの特定分野の基礎となっている。

熱化の例には以下が含まれます。

• プラズマ中の平衡の達成。^[1]
• 高エネルギー中性子が減速材との衝突によってエネルギーを失う過程で起こる過程。^[2]
• 半導体のバンドギャップエネルギーを超える光子が吸収された後、太陽電池内の電荷キャリアによって熱またはフォノンが放出されるプロセス。^[3]

量子統計力学を扱うほとんどの入門書の基礎となっている仮説^[4]は、システムが熱平衡（熱平衡化）に向かうことを前提としています。熱平衡化のプロセスにより、初期条件のローカルメモリが消去されます。固有状態熱平衡化仮説は、量子状態がいつ熱平衡化を起こすか、そしてその理由についての仮説です。

すべての量子状態が熱平衡化を起こすわけではありません。熱平衡化を起こさない状態もいくつか発見されています（下記参照）。2019 年 3 月現在、熱平衡化に達しない理由は不明です^{[アップデート]}。

平衡化のプロセスはH定理または緩和定理^{[5]を用いて記述することができる。}エントロピー生成も参照。

大まかに言えば、非カオス的挙動を示す古典系は熱平衡化しない。相互作用する構成要素の多い系は一般にカオス的であると予想されるが、この仮定が成り立たないことがある。注目すべき反例としてはフェルミ・パスタ・ウラム・ツィンゴウ問題があり、これは予期せぬ再発を示し、非常に長い時間スケールでのみ熱平衡化する。^[6]弱い非線形性によって摂動を受ける非カオス系は、 KAM定理で述べられているように、位相空間にゼロでない体積を持つ初期条件のセットに対しては熱平衡化しないが、このセットのサイズは自由度の数とともに指数関数的に減少する。^[7]保存量の数が膨大である多体可積分系は、通常の意味では熱平衡化しないが、一般化されたギブス集団に従って平衡化する。^{[8] [9]}

熱化傾向に抵抗する現象としては、例えば量子傷跡などが挙げられる^[10]。

• 従来の量子傷跡^{[11]​​ [12] [13] [14]}は、古典力学から直感的に予測されるよりもはるかに高い、不安定な周期軌道に沿った確率密度が増加した固有状態を指します。
• 摂動誘起量子瘢痕：^{[15] [16] [17] [18] [19]}従来の瘢痕と外見が似ているにもかかわらず、これらの瘢痕は、ほぼ縮退した状態と空間的に局所化された摂動の複合効果から生じる新しい基本メカニズムを持ち、^{[15] [19]}無秩序な量子ドット内で量子波束を高い忠実度で伝播させるために使用できます。^[16]
• 多体量子傷跡。
• 多体局在（MBL）^[20] 、量子多体系が局所観測量の初期状態を任意の時間にわたって記憶する。^{[21] [22]}

熱化に抵抗し、よりよく理解されている他のシステムとしては、量子可積分システム^[23]と動的対称性を持つシステム^{[24]がある。}

無料辞書『ウィクショナリー』で「熱化」を調べてください。