فيزياء الكم تكسر جميع القواعد ، على سبيل المثال ، القوانين الكلاسيكية للديناميكا الحرارية ، والتي تصف كيف
في بعض التجارب ، وجد العلماء أن الكائن قيد الدراسة يمكن أن يبرد ، على الرغم من أنه مع شيء أكثر سخونة.يقول العلماء إن الأمر يبدو كما لو كنت تأخذ مقلاة ساخنة من الفرن ولا تسخن يدك ، بل تبرد.
لمعرفة ما يحدث للفوضى الكمومية وكيفية إدارتها للبقاء خارج قوانين الديناميكا الحرارية ، أجرى الفيزيائيون تجربة باستخدام ذرات الليثيوم فائقة البرودة والليزر.
فوضى شاذة
إذا أخذنا بندول عادي ودفعناه منهالوقت من جوانب مختلفة ، ثم يمتص طاقة التأثير والتأثير ، ويتحرك بشكل عشوائي في الفضاء. على الرغم من أن الحركات تبدو عشوائية ، فمن السهل وصفها بمساعدة المعادلات التي تأخذ في الاعتبار النبضات والاتجاهات التي يتلقاها البندول أثناء التأثير.
في العالم الكمومي ، الأمور ليست بهذه البساطة.بينما في بداية التجربة ، يمكن للبندول الكموميتمتص الطاقة بنفس الطريقة الميكانيكية ، بمرور الوقت ، مع التعرض المتكرر ، ستخرجعلى الهضبة وسوف يتجمد توزيع النبض في حالة محلية ديناميكية.
لشرح مثل هذا الشذوذ للجسيمات الفردية ، استخدم العلماء الرياضيات.إنهم يعتقدون أن موجات الاحتمال الميكانيكية الكمومية تتذبذب وتتصادم مع بعضها البعض بطريقة تلتقي بها القمم والقيعان وتستبعدأي إمكانية لامتصاص الطاقة من قبل الجسيم.
ولكن ماذا يحدث في الحياة الحقيقية عندماظل التفاعل الذي يحدث بين العديد من الجسيمات ، على سبيل المثال ، في نظام يحتوي على العديد من الإلكترونات المتصادمة ، لغزا بعد عقود من الجدل.
توطين متعدد
لفهم ما يجب أن يحدث ، أيها العلماءعرض تخيل فنجان يتم فيه سكب القهوة بالحليب. إذا تم سكب الحليب البارد في القهوة الساخنة ، فعندئذٍ تختلط الجزيئات بمرور الوقت ، ويصل المشروب الكامل إلى حالة متجانسة. تسمى هذه العملية بالحرارة ، وكان يعتقد سابقًا أنه يجب ملاحظتها في أي نظام.
على مدى العقود القليلة الماضية ، العلماءأدركت أن هذا ليس هو الحال دائمًا. اتضح أن الفوضى في النظام الكمي تؤدي إلى توطين العديد من الجثث. هذا يعني أن النظام لا يمكنه الوصول إلى التوازن الحراري ويحتفظ بذاكرة حالته الأولية في المناطق المحلية لفترة غير محدودة.
ماذا فعل العلماء؟
للتحقق من كيفية المجمعنظام يتكون من العديد من الجزيئات ، استخدم العلماء غاز الليثيوم. وضعوا حوالي 100000 ذرة شديدة البرودة في موجة عمودية من الضوء. كانت كل ذرة من هذه الذرات عبارة عن دوار كمي (بندول) يمكن إطلاقه باستخدام نبضة ليزر.
يشرح العلماء أنهم تسببوا في تصادم الذرات وتحليقها بعيدا ، أو استخدموا رنين Feshbach لتثبيتها معا.يحدث هذا التأثيرعندما تصطدم ذرتان باردتان بطيئتان ، عندما تلتصق ببعضها البعض مؤقتا وتتشكلاتصال غير مستقر مع عمر قصير.
عندما لا تتفاعل الجسيمات ، الباحثونرأى النتيجة المتوقعة: ارتفعت درجة حرارة الجسيمات قليلاً قبل أن تصل إلى درجة حرارة ثابتة. عندما عدل الباحثون التجربة بحيث يمكن للذرات أن تتفاعل قليلاً ، رأوا أولاً هضبة درجة حرارة على نفس المستوى. ولكن على عكس النظرية أحادية البعد ، بدأت الذرات تسخن مرة أخرى في النهاية ، وإن لم يكن بالسرعة التي تتنبأ بها الديناميكا الحرارية التقليدية.
الإعداد التجريبية. الصورة: توني ماسترز ، يو سي إس بي
اتضح أن الحالة الجديدة لا تتوافق مع الديناميكا الحرارية الكلاسيكية أو السلوك المتوقع لمجموعة محلية من الهيئات.الفرضية التي حققها العلماء لم تفترض مثل هذه النتيجة ، لكنها تصف مثل هذا السلوكينطبق على مجموعات الجسيمات شديدة البرودة التي تتشكلمكثفات بوز-أينشتاين: هذه هي مرحلة المادة التي تحتوي فيها جميع الجسيمات علىنفس الحالة الكمومية.
المعادلات التي تصف مكثف بوز هي -أينشتاين ، توقع معدل التسخين البطيء تمامًا كما حدث في التجارب. الشيء المدهش هنا هو أن الذرات التي درسها العلماء لم تكن مثل هذا التكثيف.
بمعنى ما ، هذا لغز مزدوج. لا نعرف حقًا سبب حدوث ذلك ، ولكن هناك نظرية لا ينبغي أن تنجح ، لكن يبدو أنها تعمل.
فيكتور جاليتسكي ، مؤلف مشارك في الدراسة
لماذا هذا مهم؟
الهضاب المرصودة تثبت أن التفاعلاتلا تجبر الجسيمات دائمًا على الانصياع لقوانين الديناميكا الحرارية. من خلال التحقيق في كيفية تغير القوانين على المستوى الجزئي ، يأمل الفيزيائيون في تشكيل نظرية جديدة تربط سلوك المادة على كل من المقياسين الجزئي والكلي.
لا يمكن لهذه التجارب فقط فتح ملففيزياء الكم ، ولكنها تؤدي أيضًا إلى تطوير أدوات بحث جديدة. يقول العلماء إنه إذا أمكن الكشف عن الفيزياء الكامنة وراء هذه التجارب ، فربما في يوم من الأيام ستتوسع هضاب درجة الحرارة وتستخدم لتطوير تقنيات كمومية جديدة وأفضل.
قراءة المزيد:
اتضح ما يحدث للدماغ البشري بعد ساعة في الغابة
أصبح معروفًا أي الشاي يدمر البروتين في الدماغ
تبين أن الكائنات البحرية الغريبة في أعماق المحيط تشبه البشر