Możesz nie rozumieć niczego w fizyce, ale powinieneś usłyszeć o eksperymencie myślowym Schrödingera, w którym kot jest umieszczony w pudełku z elementem radioaktywnym i może być zarówno żywy jak i martwy. To dziwne zjawisko stworzone przez mechanikę kwantową.
Niedawno fizycy z University of Exeter (Anglia) odkryli, że podobne podobieństwo można zaobserwować w temperaturach: obiekty mogą mieć dwie temperatury na poziomie kwantowym. Ten dziwny paradoks kwantowy jest pierwszą całkowicie nową relacją niepewności kwantowej, która zostanie sformułowana przez dziesięciolecia.
Inna zasada Heisenberga
W 1927 roku niemiecki fizyk Werner Heisenberg postulował: im dokładniej mierzysz pozycję cząstki kwantowej, tym mniej dokładnie zrozumiesz jej pęd i odwrotnie. Ta zasada jest teraz nazywana zasadą niepewności Heisenberga.
Nowa niepewność kwantowa, w której im dokładniej znasz temperaturę, tym mniej można powiedzieć o energii i odwrotnie, ma znacznie większe znaczenie dla nanonauki badającej niewiarygodnie małe obiekty (mniejsze niż nanometr). Ta zasada zmieni sposób, w jaki naukowcy mierzą temperaturę bardzo małych rzeczy, takich jak kropki kwantowe. W 1930 roku. Heisenberg i Niels Bor ustalili zależność między niepewnością między energią a temperaturą w skali niekwantyfikowanej. Chodziło o to, że gdybyś chciał znać dokładną temperaturę obiektu, lepiej byłoby zanurzyć go w „zbiorniku” (wannie z wodą lub komorze z powietrzem) o znanej temperaturze, pozwalając organizmowi powoli nasycać się tą temperaturą. Nazywa się to równowagą termiczną.
Ta równowaga termiczna jest utrzymywana przez obiekt, podczas gdy zbiornik stale wymienia energię. W rezultacie energia w obiekcie porusza się w górę iw dół w nieskończenie małych ilościach, co uniemożliwia dokładne określenie. Jeśli chcesz poznać dokładną energię w obiekcie, będziesz musiał go odizolować, aby nie mógł się z niczym skontaktować. Jednak izolacja nie pozwala na dokładne obliczenie temperatury za pomocą zbiornika. Ograniczenia te powodują, że temperatura jest niepewna, a kiedy przechodzimy do skali kwantowej, kolory zagęszczają się jeszcze bardziej.
Nowa zależność niepewności
Nawet jeśli typowy termometr ma energię, która wzrasta i spada nieznacznie, nadal jest wykrywalny w niewielkim zakresie. Ale to nie działa na poziomie kwantowym, gdzie wszystko wraca do słynnego kota Schrödingera. Ten eksperyment myślowy sugerował zamknięcie kota w pudełku trucizny, aktywowanym przez rozpad cząstki radioaktywnej. Zgodnie z prawami mechaniki kwantowej cząstka może się rozkładać lub nie zapadać się w tym samym czasie. To znaczy, dopóki nie otworzysz pudełka, kot będzie jednocześnie żywy i martwy. To zjawisko superpozycji. Naukowcy wykorzystali matematykę i teorię, aby dokładnie przewidzieć, jak superpozycja wpływa na obliczanie temperatury obiektów kwantowych. Okazuje się, że termometr kwantowy znajdzie się w superpozycji stanów energii w tym samym czasie, co prowadzi do niepewności temperatury.
W naszym świecie termometr może zgłosić, że obiekt ma od 31 do 32 stopni Celsjusza. W przypadku kwantowym termometr powie, że obiekt jest jednocześnie wyposażony w obie temperatury. Kontakty między obiektami w skali kwantowej umożliwiają tworzenie superpozycji i energii. Stary związek niepewności zignorował te efekty, ponieważ nie były one istotne dla obiektów nie kwantowych. Teraz ważne jest, aby określić wskaźnik temperatury kropki kwantowej.
