Jotkut kvanttijärjestelmät eivät koskaan ole tasapainossa. Fyysikot ovat yrittäneet ymmärtää vuosia
Jos otat kylmän juomanjääkaappi ja aseta säiliö sen kanssa pöydälle, sitten jonkin ajan kuluttua neste lämpenee huoneenlämpöiseksi. Toisin sanoen nesteen ja huoneen välille syntyy terminen tasapaino. Makrotasolla tätä sääntöä kunnioitetaan aina, mutta kun kvanttilakit tulevat voimaan, joskus alkaa tapahtua jotain outoa.
Tutkimusteksti
Epävakaat kvanttijärjestelmät puolestaan eivät saavuta tasapainoa. Se on kuin lasi vettä jääkaapista huoneenlämmössä alkaa jäähtyä.
Zürichin teoreettisen fysiikan instituutin tutkija Nicolo Defenou on nyt löytänyt tavan selittää tyylikkäästi tämä käyttäytyminen.
Hän piti yksiulotteista järjestelmää, jossa sitä onainoa kvanttihiukkanen, joka voi olla vain tiukasti rajoitetuissa asemissa linjaa pitkin. Tämä on samanlainen kuin peli, jossa hahmo liikkuu suoraa viivaa pitkin niin monta solua kuin muotti tela osoittaa. Esimerkiksi, että on noppaa, jonka kaikki sivut on merkitty "yksi" tai "miinus yksi", ja oletetaan, että pelaaja heittää sen kerran, toinen, kolmas. Hahmo siirtyy viereiseen neliöön ja sieltä se joko palaa takaisin tai siirtyy seuraavaan. Jne.
Kysymys on kuitenkin:mitä tapahtuu, jos pelaaja heittää muotin äärettömän monta kertaa? Jos pelissä on vain muutama neliö, se palaa aika ajoin lähtöpisteeseensä. Mutta on täysin mahdotonta ennustaa tarkalleen missä hän milloin tahansa on - loppujen lopuksi muottipyörät ovat tuntemattomia. Samanlainen tilanne kehittyy hiukkasten kanssa, jotka noudattavat kvanttimekaniikan lakeja: on mahdotonta tietää tarkalleen missä ne ovat tietyllä ajanhetkellä. Niiden sijainti voidaan kuitenkin määrittää todennäköisyysjakaumien avulla.
Jokainen jakauma on tuloserilaiset todennäköisyyksien päällekkäisyydet yksittäisille paikoille ja vastaavat hiukkasen tiettyä energiatilaa. Tämän seurauksena vakaiden energiatilojen määrä on yhtäpitävä järjestelmän vapausasteiden lukumäärän kanssa ja vastaa siten tarkalleen hyväksyttävien asemien lukumäärää. On syytä huomata, että kaikki vakaat todennäköisyysjakaumat alkupisteessä eivät ole lainkaan nollia. Tämän seurauksena kuutio palaa jossain vaiheessa alkuperäiseen sijaintiinsa.
Kvanttihiukkaselle tämä tarkoittaa sitäon olemassa mittaamaton määrä tapoja, joilla yksittäisten sijaintien todennäköisyyksiä voidaan yhdistää jakaumien muodostamiseksi. Tämän seurauksena ne eivät voi enää miehittää vain tiettyjä erillisiä energiatiloja, vaan myös kaikkia mahdollisia jatkuvassa spektrissä. Nicolo Defenun esittämä uusi teoria selittää sen, mitä tiedemiehet ovat jo useaan otteeseen havainneet kokeissa: järjestelmät, joissa tapahtuu pitkän kantaman vuorovaikutuksia, eivät saavuta vakaata tasapainoa, vaan metastabiilia tilaa, jossa ne aina palaavat alkuperäiseen asentoonsa.
Lue lisää
Japanilaiset tutkijat esittivät menetelmän esineiden liikuttamiseksi ääniaalloilla
Venäjällä ja Yhdysvalloissa on Doomsday-koneita: miten ja mihin ne lentävät maailman loppuessa
Ensimmäistä kertaa historiassa 9 tähteä katosi puolessa tunnissa eivätkä palanneet