Termalisasi

Di fisika, termalisasi adalah proses pada benda fisik yang mencapai keseimbangan suhu melalui interaksi mutual. Secara umum, kecenderungan alami dari sebuah sistem adalah menuju keadaan ekuipartisi energi dan suhu seragam yang memaksimalkan entropi dari sistem tersebut. Termalisasi, keseimbangan suhu, dan suhu adalah konsep fundamental penting dalam mekanika statistika dan termodinamika. Kedua ilmu tersebut merupakan dasar dari rumpun ilmu spesifik tentang pemahaman ilmu pengetahuan dan aplikasi teknik.

Contoh dari temalisasi termasuk:

• tercapainya keseimbangan pada plasma;^[1]
• proses yang dialami oleh neutron berenergi tinggi setelah mereka kehilangan energi oleh karena tabrakan dengan sebuah moderator;^[2] dan
• proses emisi panas atau fonon oleh pembawa muatan pada sel surya, setelah foton yang melewati energi sela pita semikonduktor diserap.^[3]

Hipotesis ini, yang menjadi dasar dari kebanyakan buku teks tentang mekanika statistika kuantum,^[4] mengasumsikan bahwa sistem mengalami keseimbangan suhu atau termalisasi. Proses termalisasi menghapus memori lokal tentang kondisi awal. Hipotesis termalisasi eigenkeadaan adalah hipotesis tentang keadaan kuantum yang mengalami termalisasi dan mengapa.

Tidak semua keadaan kuantum mengalami termalisasi. Beberapa keadaan telah ditemukan tidak mengalami termalisasi, dan alasan mereka tidak mengalami hal ini masih belum diketahui hingga Maret 2019.

Secara umum, sistem klasik dengan perilaku tidak kacau tidak akan mengalami termalisasi. Sistem dengan banyak konstituen secara umum disebut kacau, tapi asumsi ini kadang gagal. Contoh kontra yang terkenal adalah masalah Fermi-Pasta-Ulam-Tsingou, yang memperlihatkan pengulangan yang tidak terduga dan akan mengalami termalisasi setelah waktu yang lama.^[5] Sistem tidak kacau yang dipertubasi oleh ketidaklinearan lemah tidak akan mengalami termalisasi untuk suatu kondisi awal dengan volume tidak nol pada ruang keadaan. Hal ini seperti yang disebutkan pada teorema KAM, meskipun ukuran dari set ini berkurang secara eksponensial seiring dengan jumlah derajat kebebasan.^[6] Sistem terintegralkan benda-banyak, yang memiliki banyak kuantitas terkonservasi, tidak akan mengalami termalisasi dalam arti biasanya, tapi akan seimbang menurut rakitan Gibbs umum.^[7][8]

Beberapa sistem kuantum yang menolak atau tidak mengalami termalisasi termasuk (lihat, misalnya, bekas kuantum):^[9]

• Bekas kuantum konvensional,^{[10][11][12][13]} yang merujuk pada eigenkeadaan dengan kemungkinan kerapatan yang ditingkatkan seiring dengan orbit periodik tak stabil yang jauh lebih tinggi dari satu yang dapat diprediksi secara intuitif dari mekanika klasik.
• Bekas kuantum yang diinduksi pertubasi,^{[14][15][16][17][18]} yang memiliki mekanisme baru mendasar yang berasal dari efek keadaan hampir merosot yang terkombinasi dan pertubasi yang dilokalisasi secara spasial,^[14][18] dan mereka dapat digunakan untuk menyebarkan paket gelombang kuantum dalam titik kuantum yang tidak teratur dengan ketepatan yang tinggi.^[15]
• Bekas kuantum benda-banyak.
• Lokalisasi benda-banyak (Many-body localization, MBL),^[19] sistem benda-banyak kuantum menyimpan memori keadaan awal mereka pada area lokal yang dapat diobservasi untuk suatu lama waktu.^[20][21]

Sistem lain yang menolak atau tidak mengalami termalisasi dan dapat dipahami dengan lebih baik adalah sistem terintegralkan kuantum^[22] dan sistem dengan simetri dinamis.^[23]