Квантовата физика нарушава всички правила, например класическите закони на термодинамиката, които описват как
В някои експерименти учените са установили, че обектът, който се изследва, може да се охлади, въпреки че е с нещо много по-горещо.Учените казват, че все едно вадите горещ тиган от фурната и ръката ви не се нагрява, а се охлажда.
За да разберат какво се случва с квантовия хаос и как той успява да остане извън законите на термодинамиката, физиците проведоха експеримент с ултрастудени литиеви атоми и лазер.
Аномален хаос
Ако вземем обикновено махало и го бутнем отвреме от различни страни, тогава ще поеме енергията на удара и ще се люлее, движейки се произволно в пространството. Въпреки привидната случайност на движенията, лесно се описва с помощта на уравнения, които отчитат импулсите и посоките, които махалото получава по време на удара.
В квантовия свят нещата не са толкова прости.Докато в началото на експеримента квантовото махало може даабсорбира енергия по същия начин, както механично, с течение на времето, с повтарящи се експозиции, тя ще излезена платото и разпределението на импулсите ще замръзне в динамично локализирано състояние.
За да обяснят подобна аномалия за отделни частици, учените използвали математика.Те вярват, че квантово-механичните вероятностни вълни се колебаят и се сблъскват помежду си точно по такъв начин, че гребените и коритата се срещат и изключватвсяка възможност за поглъщане на енергия от частицата.
Но какво се случва в реалния живот, когатовзаимодействието, което възниква между много частици, например в система, съдържаща много сблъскващи се електрони, остава загадка след десетилетия на спорове.
Множествена локализация
За да разберат какво трябва да се случва, ученитепредложете да си представите чаша, в която се налива кафе с мляко. Ако студеното мляко се излее в горещо кафе, тогава с течение на времето частиците се смесват и цялата напитка става хомогенна. Такъв процес се нарича термализация и преди се смяташе, че трябва да се наблюдава във всяка система.
През последните няколко десетилетия ученитеразбрах, че това не винаги е така. Оказа се, че хаосът в една квантова система води до локализирането на много тела. Това означава, че системата не може да достигне топлинно равновесие и запазва паметта за първоначалното си състояние в локални области за безкрайно време.
Какво са направили учените?
За да проверите как комплексътсистема, състояща се от много частици, учените са използвали литиев газ. Те поставиха около 100 000 ултрастудени атома във вертикална вълна от светлина. Всеки такъв атом беше квантов ротор (махало), който можеше да бъде изстрелян с помощта на лазерен импулс.
Учените обясняват, че са накарали атомите да се сблъскат и да се раздалечат или са използвали резонанса на Фешбах, за да ги държат заедно.Този ефект се проявявакогато два бавни студени атома се сблъскат, когато временно се слепват и образуватНестабилна връзка с кратък живот.
Когато частиците не си взаимодействат, изследователитевидях очаквания резултат: частиците се затоплиха малко преди да достигнат постоянна температура. Когато изследователите коригираха експеримента, така че атомите да могат да взаимодействат малко, те първо видяха температурно плато на същото ниво. Но за разлика от едномерната теория, атомите в крайна сметка започнаха да се нагряват отново, макар и не толкова бързо, колкото прогнозира конвенционалната термодинамика.
Експериментална настройка. Снимка: Тони Мастърс, UCSB
Оказа се, че новото състояние не съответства нито на класическата термодинамика, нито на очакваното поведение на локализиран набор от тела.Хипотезата, която учените изследваха, не предполагаше такъв резултат, но описва такова поведениеПрилага се за много студени групи частици, които образуватКондензат на Бозе-Айнщайн: Това е фазата на материята, в която всички частици иматсъщото квантово състояние.
Уравненията, описващи Бозе кондензата, са −Айнщайн, прогнозира скоростта на бавното нагряване точно както се е случило в експериментите. Изненадващото тук е, че атомите, изследвани от учените, не са били такъв кондензат.
В известен смисъл това е двойна загадка. Всъщност не знаем защо това се случва, но има теория, която не би трябвало да работи, но изглежда работи.
Виктор Галицки, съавтор на изследването
Защо това е важно?
Наблюдаваните плата доказват, че взаимодействиятане винаги принуждават частиците да се подчиняват на законите на термодинамиката. Като изследват как законите се променят на микро ниво, физиците се надяват да създадат нова теория, която свързва поведението на материята както на микро, така и на макро ниво.
Такива експерименти могат не само да отворят новквантовата физика, но и водят до разработването на нови изследователски инструменти. Ако физиката зад тези експерименти може да бъде разгадана, може би един ден температурните плата ще се разширят и ще бъдат използвани за разработване на нови и по-добри квантови технологии, казват учените.
Прочетете още:
Оказа се какво се случва с човешкия мозък след един час в гората
Стана известно кой чай разрушава протеините в мозъка
Странни морски обитатели в дълбините на океана се оказаха подобни на хората