Kvantinė fizika pažeidžia visas taisykles, pavyzdžiui, klasikinius termodinamikos įstatymus, kurie apibūdina, kaip
Kai kuriuose eksperimentuose mokslininkai nustatė, kad tiriamas objektas gali atvėsti, nors jis yra su kažkuo daug karštesniu.Mokslininkai sako, kad tarsi iš orkaitės išimtumėte karštą keptuvę ir ranka neįkaista, o atvėsta.
Norėdami išsiaiškinti, kas nutinka kvantiniam chaosui ir kaip jam pavyksta nepaisyti termodinamikos dėsnių, fizikai atliko eksperimentą su itin šaltais ličio atomais ir lazeriu.
Nenormalus chaosas
Jei paimtume paprastą švytuoklę ir stumtume išlaiko iš skirtingų pusių, tada jis sugers smūgio energiją ir siūbuoja atsitiktinai judėdamas erdvėje. Nepaisant atrodančio judesių atsitiktinumo, jį lengva apibūdinti naudojant lygtis, kuriose atsižvelgiama į impulsus ir kryptis, kurias švytuoklė gavo smūgio metu.
Kvantiniame pasaulyje viskas nėra taip paprasta.Nors eksperimento pradžioje kvantinė švytuoklė galisugerti energiją taip pat, kaip ir mechaninę, laikui bėgant, pakartotinai veikiant, ji išeisant plokščiakalnio ir impulsų pasiskirstymas užšaldys dinamiškai lokalizuotoje būsenoje.
Norėdami paaiškinti tokią anomaliją atskiroms dalelėms, mokslininkai naudojo matematiką.Jie mano, kad kvantinės-mechaninės tikimybės bangos svyruoja ir susiduria viena su kita tiksliai taip, kad keteros ir loveliai susitinka ir pašalinabet kokia dalelių energijos absorbcijos galimybė.
Bet kas nutinka realiame gyvenime, kaisąveika, vykstanti tarp daugelio dalelių, pavyzdžiui, sistemoje, kurioje yra daug susidūrusių elektronų, po dešimtmečius trukusių ginčų liko paslaptis.
Daugialypė lokalizacija
Norėdami suprasti, kas turėtų nutikti, mokslininkaipasiūlykite įsivaizduoti puodelį, į kurį pilama kava su pienu. Jei į karštą kavą pilamas šaltas pienas, laikui bėgant dalelės susimaišo ir visas gėrimas tampa vienalytė. Toks procesas vadinamas termoizacija, ir anksčiau buvo manoma, kad jį reikia stebėti bet kurioje sistemoje.
Per pastaruosius kelis dešimtmečius mokslininkaisuprato, kad taip būna ne visada. Paaiškėjo, kad chaosas kvantinėje sistemoje lemia daugelio kūnų lokalizaciją. Tai reiškia, kad sistema negali pasiekti šiluminės pusiausvyros ir neribotą laiką išlaiko savo pradinės būsenos atmintį vietinėse srityse.
Ką padarė mokslininkai?
Norėdami patikrinti, kaip kompleksassistema, susidedanti iš daugybės dalelių, mokslininkai naudojo ličio dujas. Jie į vertikalią šviesos bangą patalpino apie 100 000 itin šaltų atomų. Kiekvienas toks atomas buvo kvantinis rotorius (švytuoklė), kurį buvo galima paleisti naudojant lazerio impulsą.
Mokslininkai aiškina, kad jie sukėlė atomų susidūrimą ir skraidymą, arba panaudojo Feshbacho rezonansą, kad juos laikytų kartu.Šis poveikis pasireiškiakai susiduria du lėti šalti atomai, kai jie laikinai susilieja ir susidaroNestabilus ryšys su trumpu tarnavimo laiku.
Kai dalelės nesąveikavo, tyrėjaipamatė laukiamą rezultatą: dalelės šiek tiek sušilo, kol pasiekdavo pastovią temperatūrą. Kai tyrėjai pakoregavo eksperimentą taip, kad atomai galėtų šiek tiek sąveikauti, jie pirmą kartą pamatė temperatūros plynaukštę tame pačiame lygyje. Tačiau skirtingai nuo vienmatės teorijos, atomai galiausiai vėl pradėjo kaisti, nors ir ne taip greitai, kaip prognozuoja įprastinė termodinamika.
Eksperimentinis nustatymas. Nuotrauka: Tony Masters, UCSB
Paaiškėjo, kad naujoji būsena neatitiko nei klasikinės termodinamikos, nei tikėtino lokalizuoto kūnų rinkinio elgesio.Hipotezė, kurią tyrė mokslininkai, neprisiėmė tokio rezultato, tačiau apibūdina tokį elgesįJis taikomas labai šaltoms dalelių grupėms, kurios sudaroBose-Einšteino kondensatas: Tai yra materijos fazė, kurioje visos dalelės turita pati kvantinė būsena.
Bose kondensatą apibūdinančios lygtys yra −Einšteino, prognozuokite lėto šildymo greitį tiksliai taip, kaip tai atsitiko eksperimentuose. Stebina tai, kad mokslininkų ištirti atomai nebuvo toks kondensatas.
Tam tikra prasme tai dviguba mįslė. Mes iš tikrųjų nežinome, kodėl taip nutinka, bet yra teorija, kuri neturėtų veikti, bet atrodo, kad ji veikia.
Viktoras Galitskis, tyrimo bendraautorius
Kodėl tai svarbu?
Stebėti plokščiakalniai įrodo, kad sąveikane visada priversti daleles paklusti termodinamikos dėsniams. Tirdami, kaip keičiasi dėsniai mikro lygmeniu, fizikai tikisi sukurti naują teoriją, susiejančią materijos elgesį tiek mikro, tiek makro skalėje.
Tokie eksperimentai gali ne tik atverti naująkvantinės fizikos, bet ir paskatinti naujų tyrimų priemonių kūrimą. Jei šių eksperimentų fiziką pavyks atskleisti, galbūt vieną dieną temperatūros plynaukštės išsiplės ir bus naudojamos kuriant naujas ir geresnes kvantines technologijas, teigia mokslininkai.
Skaityti daugiau:
Paaiškėjo, kas nutinka žmogaus smegenims po valandos išbuvimo miške
Tapo žinoma, kuri arbata sunaikina baltymus smegenyse
Keisti jūros gyviai vandenyno gelmėse pasirodė panašūs į žmones