Audio Edition: Heat Destroys All Order. Except for in This One Special Case.
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什么是活着？这意味着深刻的感受。快乐、悲伤、爱、失去。我是达彻·凯尔特纳，一位心理学家和《幸福科学》节目的主持人。加入我，一起探索经研究支持的策略，以应对生活中的起伏。收听《幸福科学》，发现如何过上更紧密联系、更充实的生活。

欢迎收听Quanta音频版。在每两周播出的这些剧集中，我们将直接从Quanta网站为您带来关于基础科学和数学发展的报道。我是苏珊·瓦莱特。热量应该会破坏它接触到的任何东西。但是物理学家现在已经证明，有一种物质是真正耐热的，它是一种理想化的磁性物质。接下来就是这个。♪

《量子杂志》是一家编辑独立的在线出版物，由西蒙斯基金会支持，以增强公众对科学的理解。阳光融化雪花。火把木头变成烟灰和烟。热烤箱会使磁铁失去吸引力。物理学家从无数的例子中知道，如果你把温度提高到足够高，结构和模式就会崩溃。

然而，现在他们已经找到一个显著的例外。在过去几年的研究结果中，研究人员已经证明，一种类似于两种混合磁铁的理想化物质，理论上可以保持有序的模式，无论温度有多高。这一发现可能会影响宇宙学，或影响将量子现象带到室温的探索。

法比安·雷内克是德国吉森理论物理研究所的研究员，他没有参与这项工作。他说，即使只是在理论上，这种效应是可能的这一想法也会让你大吃一惊，因为它不是你所期望的。德国卡尔斯鲁厄理工学院的物理学家约格·施马利安也对此很感兴趣。他说，他正在考虑如何找到这个框架的具体实现。

这一发现源于2019年耶路撒冷希伯来大学的一次讲座上的听众提问。来自石溪大学的访问物理学家佐哈尔·科马戈茨基评论说，任何形式的有序，例如固体中原子规则的间距或磁铁中原子的排列，在足够高的温度下都会不可避免地分解，

一位听众，希伯来大学的埃利泽·拉比诺维奇问科马戈茨基他是否确定这是真的。讲座结束后，两人开始与其他同事合作。

他们并不是第一个感到疑惑的物理学家。在20世纪50年代，艾萨克·波梅兰丘克计算出，稍微加热过冷的液氦-3原子会使它们冻结。一种被称为罗谢尔盐的晶体，用作泻药，在较温暖的温度下会转变为更有序的结构。

像这样的奇特现象促使物理学家和未来的诺贝尔奖获得者史蒂文·温伯格在20世纪70年代发展了一种理想化的耐热有序量子理论。但在液氦和罗谢尔盐中，进一步加热会破坏这种秩序。温伯格的理论在一定温度以上也失效了。是否可能有一种模式永远持续下去，无论温度有多高？

科马戈茨基、拉比诺维奇和合作者试图找出答案。物理学家关注的是我们许多人在日常生活中都会经历的事情：磁性。想象一下一堆排列在方形网格中的原子。每个原子都像一个微型磁铁，带有一个指向向上或向下的北极。如果原子以某种模式排列，例如都指向同一方向，则该材料具有磁有序。

想象一下，将这个网格直接放在第二个原子网格的顶部。这些新的原子可以自由摆动，指向任何方向，而不是只有向上或向下。附近的原子会相互作用，一个网格中的涟漪会触发另一个网格中的涟漪。现在，放大直到网格线消失，系统变成一个光滑的薄片，一个量子场。

原子消失了，但场在每一点仍然有两个磁箭头，一个指向垂直向上或向下，另一个指向任何方向。研究人员意识到，正是这种理想化的场可以在任何温度下保持磁有序。在凉爽的条件下，上下箭头会相互推动，使其对齐，例如全部向上，而自由旋转的箭头则指向随机方向。

随着温度升高，人们会期望热能开始剧烈地翻转所有箭头，从而消除任何排列。但事实并非如此。自由箭头旋转得更多，稳定了上下箭头中的磁有序。即使温度持续上升到永恒，这种排列也能生存下去。磁有序永远不会消失。

需要注意的是，这种技巧似乎在自由旋转的箭头具有很大的自由度时效果最好。科马戈茨基想象的箭头可以在数百维的抽象空间中自由指向任何方向。但这不必是现实空间中的字面方向。它们代表了场从一点到另一点在数学上变化的所有方式。

2020年，科马戈茨基和合作者计算出，在这种系统中，磁性将持续到无限温度。但有一个问题：他们的数学依赖于概率不必精确加起来等于100%的假设。这是一个物理和逻辑上的不可能。

他们放弃了寻找更可靠的证明，直到去年秋天，一个欧洲物理学家团队，迈克尔·谢勒、荣俊钦和比拉尔·哈瓦西安，推动了这一论证。他们恢复了100%的概率，代价是忽略了某些轻微的磁性相互作用，并发现对于穿过少至15个抽象维度的箭头，秩序仍然存在。

他们的工作启发了科马戈茨基和一位新的合作者费特尔·波波夫重新审视这个问题，并最终找到一个克服所有先前缺点的不可熔化秩序的严格证明。他们在2024年12月发布了一篇描述这项工作的预印本论文。谢勒认为新的证明会成立，但他表示，问题是，我们现在该怎么办？

知道秩序理论上可以承受任何数量的热量，可能会影响对宇宙诞生理论的研究。典型的说法是，秩序是在年轻宇宙的烈火冷却时形成的，但最近的研究突出了更奇怪的可能性。南丹麦大学的物理学家弗朗切斯科·萨尼诺说，这为科学家可以使用的工具箱增加了新的理论。

苏尼诺独立地证明了基本量子理论中耐热有序的存在。这种新的量子模式耐热方法也可能会启发研究超导性等精细现象的物理学家，超导性是一种电流无电阻流动的相。

通常，热量会破坏使超导性成为可能的量子有序，从而限制了它的应用。但也许在一个借鉴磁性理论关键特征的材料中，可以使完美的电流经受住温度的升高。

迈克尔·肯扬·洛戈帮助制作了这一集。我是苏珊·瓦莱特。有关此故事的更多信息，请阅读查理·伍德的完整文章《热量破坏所有秩序，除了这一个特殊情况》，网址为quantummagazine.org。

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