被低估的热力学研究：从实验室到新能源的隐形革命
很多人提到热力学，第一反应就是大学课本里那几个该死的定律，考完试就全还给老师了。
谁能想到，现在最火的钙钛矿电池、聚变堆设计，全在啃热力学研究的新成果。
说白了，所有跟能量、温度、有序无序有关的事，绕来绕去都绕不开热力学。
现代量子热力学实验室实验台
很多人觉得热力学就是一堆统计规律的堆料，没什么新东西可挖了。不对啊。最近十年最颠覆的结论，就是非平衡态热力学里的新发现：原来远偏离平衡的开放系统，居然能自发长出稳定的有序结构，而且还能长期维持。
就说现在很火的活性物质研究，那种会自己移动的胶体颗粒，整个群体的运动规律，全靠非平衡热力学才能算准，不然你摸破脑袋也搞不懂为什么它们会自己排成螺旋。
吐槽一句，以前国内大学的物理课本，大半篇幅只讲平衡态热力学，把多少人对热力学的印象，直接焊死在19世纪了啊。
活了一百多年的学科，现在还在出颠覆整个领域认知的新成果，这还不够神奇吗？
固态电池界面热力学能谱测试图
还有可控核聚变呢。托克马克装置里的高温等离子体，那是妥妥的极端非平衡态啊，以前大家都是靠经验调参数，出了问题再改，现在用上了非平衡热力学的涨落理论，居然能提前几百毫秒预测等离子体的破裂，这直接把聚变堆的安全运行概率提了快十个百分点。
说实话，现在新能源圈吹这个技术路线吹那个新材料，鲜有人提背后的热力学研究，这就跟生孩子只夸妈妈厉害，忘了牵线搭桥的媒人啊，功劳全被藏在后台了。
前两年欧洲能源危机的时候，工业界把民用热泵的效率提了12%，靠的根本不是什么新奇材料，就是新优化的热力学循环设计，你说牛不牛。
热力学研究接下来要啃的硬骨头是什么
现在整个领域卡得最难受的问题，就是小尺度非平衡系统的热力学规律还没摸透。
你想啊，现在先进芯片都做到3纳米了，里面每个晶体管的热耗散都是纳米尺度的非平衡过程，现在工程师用的还是宏观热力学的近似公式，算出来的热分布误差能到20%，这可不就卡住了？为什么现在芯片发热越来越难解决？除了工艺瓶颈，本质上就是我们对小尺度的热力学还没搞清楚底层规律。
还有生命科学那边，现在研究蛋白质折叠，蛋白质折叠的过程本身就是一个非平衡的自发过程，你用平衡态热力学算出来的稳定结构，跟实际细胞里观测到的完全不一样，好多罕见病的药物设计，就卡在这里。
不过话说回来，这几年也有够惊喜的突破。去年MIT团队搞出来的单分子随机热力学新测量方法，居然能直接测出单个大分子的熵变，这可是之前想都不敢想的事。以前测熵变只能测几亿个分子的平均结果，现在能测单个的了，整个研究的逻辑都变了，相当于原来你只能看一群人的平均身高，现在能量出每个人的准确身高，能发现的东西自然就多了。
我之前跟一个做热力学研究的老教授吃饭，他说，我们这行就是给所有工程学科打底子的，别人吃肉，我们熬汤，汤熬好了，所有人都能喝上鲜的。
这句话我记到现在。现在资本都盯着赚快钱的应用项目，没人愿意投这种慢腾腾的基础研究，可偏偏就是这种看上去不赚钱的热力学研究，才是真的能卡脖子、也真的能破局的核心底座。
你说有意思吗？好多现在改变我们生活的技术，根子上都是几十年前热力学研究埋下的种子，现在刚到收获的时候。别觉得热力学老，它新鲜着呢，更多颠覆认知的结论，还在路上。
热力学研究早就不是你课本里的那四条定律了
一百多年前卡诺搞出卡诺循环的时候，谁能想到这一套逻辑，现在能直接套用到量子体系里？ 说真的，我之前翻今年《自然·物理》的综述，吓了一跳。现在热力学研究的触手早就伸到了各个你想不到的领域，从宏观的全球大气环流模拟，到微观的量子比特热涨落调控，全沾边。现代量子热力学实验室实验台
很多人觉得热力学就是一堆统计规律的堆料，没什么新东西可挖了。不对啊。最近十年最颠覆的结论，就是非平衡态热力学里的新发现：原来远偏离平衡的开放系统，居然能自发长出稳定的有序结构，而且还能长期维持。
就说现在很火的活性物质研究，那种会自己移动的胶体颗粒，整个群体的运动规律，全靠非平衡热力学才能算准，不然你摸破脑袋也搞不懂为什么它们会自己排成螺旋。
吐槽一句，以前国内大学的物理课本，大半篇幅只讲平衡态热力学，把多少人对热力学的印象，直接焊死在19世纪了啊。
活了一百多年的学科，现在还在出颠覆整个领域认知的新成果，这还不够神奇吗？热力学研究正在喂饱整个新能源赛道
现在全行业都在抢固态电池，对吧？为什么做固态电池的顶流团队，现在都要找热力学研究的人合作？ 说白了，固态电解质和电极界面的锂枝晶生长，本质上就是一个非平衡态的热力学过程。你材料合成的时候，温度、压力差个一两度，界面的自由能分布就天差地别，长出来的枝晶要么安安静静不扩展，要么直接给你戳穿隔膜，电池直接报废。 之前国内车企推的半固态电池，团队发的顶刊核心突破，就是用新的非平衡热力学模型算了界面相的稳定性，才把循环寿命直接提了三倍。没有这个热力学的基础结论，你试一百次材料也摸不对规律。固态电池界面热力学能谱测试图
还有可控核聚变呢。托克马克装置里的高温等离子体，那是妥妥的极端非平衡态啊，以前大家都是靠经验调参数，出了问题再改，现在用上了非平衡热力学的涨落理论，居然能提前几百毫秒预测等离子体的破裂，这直接把聚变堆的安全运行概率提了快十个百分点。
说实话，现在新能源圈吹这个技术路线吹那个新材料，鲜有人提背后的热力学研究，这就跟生孩子只夸妈妈厉害，忘了牵线搭桥的媒人啊，功劳全被藏在后台了。
前两年欧洲能源危机的时候，工业界把民用热泵的效率提了12%，靠的根本不是什么新奇材料，就是新优化的热力学循环设计，你说牛不牛。热力学研究接下来要啃的硬骨头是什么
热力学研究接下来要啃的硬骨头是什么
现在整个领域卡得最难受的问题，就是小尺度非平衡系统的热力学规律还没摸透。
你想啊，现在先进芯片都做到3纳米了，里面每个晶体管的热耗散都是纳米尺度的非平衡过程，现在工程师用的还是宏观热力学的近似公式，算出来的热分布误差能到20%，这可不就卡住了？为什么现在芯片发热越来越难解决？除了工艺瓶颈，本质上就是我们对小尺度的热力学还没搞清楚底层规律。
还有生命科学那边，现在研究蛋白质折叠，蛋白质折叠的过程本身就是一个非平衡的自发过程，你用平衡态热力学算出来的稳定结构，跟实际细胞里观测到的完全不一样，好多罕见病的药物设计，就卡在这里。
不过话说回来，这几年也有够惊喜的突破。去年MIT团队搞出来的单分子随机热力学新测量方法，居然能直接测出单个大分子的熵变，这可是之前想都不敢想的事。以前测熵变只能测几亿个分子的平均结果，现在能测单个的了，整个研究的逻辑都变了，相当于原来你只能看一群人的平均身高，现在能量出每个人的准确身高，能发现的东西自然就多了。
我之前跟一个做热力学研究的老教授吃饭，他说，我们这行就是给所有工程学科打底子的，别人吃肉，我们熬汤，汤熬好了，所有人都能喝上鲜的。
这句话我记到现在。现在资本都盯着赚快钱的应用项目，没人愿意投这种慢腾腾的基础研究，可偏偏就是这种看上去不赚钱的热力学研究，才是真的能卡脖子、也真的能破局的核心底座。
你说有意思吗？好多现在改变我们生活的技术，根子上都是几十年前热力学研究埋下的种子，现在刚到收获的时候。别觉得热力学老，它新鲜着呢，更多颠覆认知的结论，还在路上。