Kvantna fizika krši sva pravila. Na primjer, klasični zakoni termodinamike, koji opisuju kako
U nekim eksperimentima znanstvenici su to otkrilipredmet koji se proučava možda se hladi, iako je s nečim mnogo toplijim. Znanstvenici kažu da je to kao da vadite vruću tavu iz pećnice, ali vam se ruka ne grije, nego se hladi.
Kako bi otkrili što se događa s kvantnim kaosom i kako uspijeva ostati izvan zakona termodinamike, fizičari su proveli eksperiment s ultrahladnim atomima litija i laserom.
Аномальный хаос
Ako uzmemo obično njihalo i gurnemo ga izvrijeme s različitih strana, tada će apsorbirati energiju udarca i zaljuljati se, krećući se nasumično u prostoru. Unatoč prividnoj nasumičnosti gibanja, lako ga je opisati uz pomoć jednadžbi koje uzimaju u obzir impulse i smjerove koje je njihalo primilo tijekom udarca.
U kvantnom svijetu sve nije tako jednostavno.Umjesto kretanja, nered može uzrokovati "zaustavljanje" čestica. Dok na početku eksperimenta kvantno njihalo može apsorbirati energiju na isti način kao i mehaničko, s vremenom će, s ponovljenim udarcima, doći do platoa i raspodjela momenta će se zamrznuti u dinamički lokaliziranom stanju.
Da bismo objasnili takvu anomaliju za pojedincačestica, znanstvenici su koristili matematiku. Oni vjeruju da valovi kvantne mehaničke vjerojatnosti osciliraju i međusobno se sudaraju upravo na takav način da se vrhovi i doline susreću i eliminiraju svaku mogućnost da čestica apsorbira energiju.
Ali što se događa u stvarnom životu kadainterakcija koja se događa između mnogih čestica, na primjer, u sustavu koji sadrži mnogo elektrona koji se sudaraju, ostala je misterij nakon desetljeća kontroverzi.
Višestruka lokalizacija
Da bi razumjeli što bi se trebalo događati, znanstveniciponudite da zamislite šalicu u koju se ulijeva kava s mlijekom. Ako se hladno mlijeko ulije u vruću kavu, tada se s vremenom čestice pomiješaju, a cijeli napitak dolazi u homogeno stanje. Takav se proces naziva termalizacija, a prije se smatralo da ga treba promatrati u svakom sustavu.
Tijekom posljednjih nekoliko desetljeća znanstvenicishvatio da to nije uvijek slučaj. Ispostavilo se da kaos u kvantnom sustavu dovodi do lokalizacije mnogih tijela. To znači da sustav ne može postići toplinsku ravnotežu i zadržava memoriju svog početnog stanja u lokalnim područjima beskonačno vrijeme.
Što su znanstvenici učinili?
Da provjerite kako komplekssustav koji se sastoji od mnogo čestica, znanstvenici su koristili plin litij. Postavili su oko 100 000 ultrahladnih atoma u okomiti val svjetlosti. Svaki takav atom bio je kvantni rotor (njihalo) koji se mogao pokrenuti pomoću laserskog pulsa.
Znanstvenici objašnjavaju da su prisilili atomesudaraju se i razlijeću ili koriste Feshbachovu rezonanciju da ih održe zajedno. Taj se učinak događa kada se dva spora, hladna atoma sudare, uzrokujući njihovo privremeno lijepljenje i stvaranje nestabilnog spoja s kratkim životnim vijekom.
Kad čestice nisu međusobno djelovale, istraživačividio očekivani rezultat: čestice su se malo zagrijale prije nego što su postigle stalnu temperaturu. Kad su istraživači prilagodili eksperiment tako da atomi mogu malo djelovati, prvo su vidjeli temperaturni plato na istoj razini. Ali za razliku od jednodimenzionalne teorije, atomi su se na kraju ponovno počeli zagrijavati, iako ne tako brzo kako predviđa konvencionalna termodinamika.
Eksperimentalna postavka. Fotografija: Tony Masters, UCSB
Pokazalo se da nova država nijenije odgovaralo ni klasičnoj termodinamici ni očekivanom ponašanju lokaliziranog skupa tijela. Hipoteza koju su znanstvenici proučavali nije pretpostavljala takav rezultat, ali druga teorija opisuje slično ponašanje. Primjenjuje se na vrlo hladne skupine čestica koje tvore Bose-Einsteinov kondenzat. Ovo je faza materije u kojoj sve čestice imaju isto kvantno stanje.
Jednadžbe koje opisuju Boseov kondenzat su −Einstein, predvidi brzinu sporog zagrijavanja točno onako kako se to dogodilo u eksperimentima. Iznenađujuća stvar ovdje je da atomi koje su proučavali znanstvenici nisu bili takav kondenzat.
U izvjesnom smislu, ovo je dvostruka zagonetka. Zapravo ne znamo zašto se to događa, ali postoji teorija koja ne bi trebala funkcionirati, ali čini se da djeluje.
Victor Galitsky, koautor studije
Zašto je to važno?
Promatrani platoi dokazuju da interakcijene prisiljavaju uvijek čestice da poštuju zakone termodinamike. Istražujući kako se zakoni mijenjaju na mikrorazini, fizičari se nadaju da će stvoriti novu teoriju koja povezuje ponašanje materije na mikro i makro razini.
Takvi eksperimenti ne samo da mogu otvoriti novikvantne fizike, ali i dovesti do razvoja novih istraživačkih alata. Ako se fizika iza ovih eksperimenata može razotkriti, možda će se jednog dana temperaturni platoi proširiti i koristiti za razvoj novih i boljih kvantnih tehnologija, kažu znanstvenici.
Čitaj više:
Pokazalo se što se događa s ljudskim mozgom nakon jednog sata u šumi
Postalo je poznato koji čaj uništava proteine u mozgu
Pokazalo se da su čudna morska stvorenja u dubinama oceana slična ljudima