Kvantu fizika pārkāpj visus noteikumus. Piemēram, klasiskie termodinamikas likumi, kas apraksta, kā
Dažos eksperimentos zinātnieki to ir atklājušipētāmais objekts var atdzist, lai gan tas ir ar kaut ko daudz karstāku. Zinātnieki saka, ka tas ir tāpat kā karstas pannas izņemšana no cepeškrāsns, taču roka nevis uzsilst, bet gan atdziest.
Lai noskaidrotu, kas notiek ar kvantu haosu un kā tam izdodas palikt ārpus termodinamikas likumiem, fiziķi veica eksperimentu ar īpaši aukstiem litija atomiem un lāzeru.
Anomāls haoss
Ja paņem parastu svārstu un ik pa laikam piespiežlaiku no dažādām pusēm, tas uzņems trieciena enerģiju un šūpojas, haotiski pārvietojoties telpā. Neskatoties uz acīmredzamo kustību nejaušību, to var viegli aprakstīt, izmantojot vienādojumus, kas ņem vērā impulsus un virzienus, ko svārsts saņēma darbības laikā.
Kvantu pasaulē viss nav tik vienkārši.Tā vietā, lai pārvietotos, traucējumi var izraisīt daļiņu “apstāties”. Lai gan eksperimenta sākumā kvantu svārsts var absorbēt enerģiju tāpat kā mehānisks, laika gaitā, atkārtoti iedarbojoties, tas sasniegs plato un impulsa sadalījums sastings dinamiski lokalizētā stāvoklī.
Lai izskaidrotu šādu anomāliju indivīdamdaļiņas, zinātnieki izmantoja matemātiku. Viņi uzskata, ka kvantu mehāniskie varbūtības viļņi svārstās un saduras viens ar otru tieši tādā veidā, ka virsotnes un siles saskaras un novērš jebkādu iespēju daļiņai absorbēt enerģiju.
Bet kas notiek reālos apstākļos, kadmijiedarbība starp daudzām daļiņām, piemēram, sistēmā, kurā ir daudz sadursmes elektronu, palika noslēpums pēc gadu desmitiem ilgām debatēm.
Vairāku lokalizāciju
Lai saprastu, kam būtu jānotiek, zinātniekiViņi iesaka iztēloties krūzīti, kurā ielej kafiju ar pienu. Ja karstā kafijā ielej aukstu pienu, tad laika gaitā daļiņas sajaucas, un viss dzēriens kļūst viendabīgs. Šo procesu sauc par termizāciju, un iepriekš tika uzskatīts, ka tas ir jāievēro jebkurā sistēmā.
Pēdējo desmitgažu laikā zinātniekiMēs sapratām, ka ne vienmēr tā ir. Izrādījās, ka kvantu sistēmā haoss noved pie daudzu ķermeņu lokalizācijas. Tas nozīmē, ka sistēma nevar sasniegt termisko līdzsvaru un bezgalīgi ilgu laiku saglabā atmiņu par sākotnējo stāvokli lokālos apgabalos.
Ko zinātnieki ir izdarījuši?
Lai pārbaudītu, kā kompleksssistēma, kas sastāv no daudzām daļiņām, zinātnieki izmantoja litija gāzi. Viņi ievietoja aptuveni 100 tūkstošus īpaši aukstu atomu vertikālā gaismas vilnī. Katrs šāds atoms bija kvantu rotors (svārsts), kuru varēja palaist, izmantojot lāzera impulsu.
Zinātnieki skaidro, ka viņi piespieda atomussaduras un izlido, vai izmantojiet Fešbahas rezonansi, lai tās saglabātu kopā. Šis efekts rodas, kad saduras divi lēni, auksti atomi, īslaicīgi salīmējot kopā un veidojot nestabilu savienojumu ar īsu kalpošanas laiku.
Kad daļiņas nesadarbojās, pētniekiredzēja gaidīto rezultātu: daļiņas nedaudz uzsildīja, pirms sasniedza nemainīgu temperatūru. Kad pētnieki pielāgoja eksperimentu tā, lai atomi varētu nedaudz mijiedarboties, viņi sākotnēji ieraudzīja temperatūras plato tajā pašā līmenī. Bet atšķirībā no viendimensijas teorijas atomi galu galā atkal sāka uzkarst, lai gan ne tik ātri, kā to varētu paredzēt parastā termodinamikā.
Eksperimentāla iestatīšana. Foto: Tony Mastres, UCSB
Izrādījās, ka jaunā valsts navneatbilda ne klasiskajai termodinamikai, ne paredzamajai lokalizētas ķermeņu kopas uzvedībai. Hipotēze, ko pētīja zinātnieki, nepieņēma šādu rezultātu, bet cita teorija apraksta līdzīgu uzvedību. Tas attiecas uz ļoti aukstām daļiņu grupām, kas veido Bozes-Einšteina kondensātu. Šī ir matērijas fāze, kurā visām daļiņām ir vienāds kvantu stāvoklis.
Vienādojumi, kas apraksta Bose kondensātu -Einšteins, prognozējiet lēnas sildīšanas ātrumu tieši tā, kā tas notika eksperimentos. Šeit pārsteidzoši ir tas, ka zinātnieku pētītie atomi nebija tāds kondensāts.
Savā ziņā tas ir dubults noslēpums. Mēs patiesībā nezinām, kāpēc tas notiek, bet ir teorija, kurai nevajadzētu darboties, bet šķiet, ka tā darbojas.
Viktors Galitskis, pētījuma līdzautors
Kāpēc tas ir svarīgi?
Novērotie plato pierāda, ka mijiedarbībane vienmēr piespiediet daļiņas pakļauties termodinamikas likumiem. Pētot, kā likumi mainās mikromērogā, fiziķi cer formulēt jaunu teoriju, kas saistīs matērijas uzvedību gan mikro, gan makro mērogā.
Šādi eksperimenti var ne tikai atklāt jaunukvantu fizika, bet arī noved pie jaunu pētniecības instrumentu izstrādes. Ja šo eksperimentu pamatā esošo fiziku varēs atšķetināt, iespējams, kādu dienu temperatūras plakankalnes tiks pagarinātas un tās varētu izmantot jaunu un labāku kvantu tehnoloģiju izstrādei, saka zinātnieki.
Lasīt vairāk:
Izrādījās, kas notiek ar cilvēka smadzenēm pēc stundas mežā
Kļuva zināms, kura tēja smadzenēs iznīcina olbaltumvielas
Savādi jūras radījumi okeāna dzīlēs izrādījās līdzīgi cilvēkiem