Деякі квантові системи ніколи не демонструють рівноваги. Фізики довгі роки намагалися зрозуміти
Якщо ви витягнете холодний напій зхолодильника і поставите ємність з ним на стіл, то через деякий час рідина кімнатної температури. Тобто між рідиною і кімнатою встановиться теплова рівновага. На макрорівні таке правило дотримується завжди, але коли в гру вступають квантові закони, то іноді починає відбуватися щось дивне.
Текст дослідження
У свою чергу, нестабільні квантові системи не приходять в рівновагу. Це схоже на те, якби склянку води з холодильника при кімнатній температурі починав остигати.
Ніколо Дефену, вчений Цюріхського інституту теоретичної фізики, тепер знайшов спосіб елегантно пояснити цю поведінку.
Він розглянув одновимірну систему, в якій єєдина квантова частинка, яка може перебувати тільки в суворо визначених положеннях уздовж лінії. Це схоже на гру, в якій фігурка рухається вздовж прямої на стільки клітин, скільки показав кидок кубика. Наприклад, що є гральний кубик, всі сторони якого позначені як «один» або «мінус один», і припустимо, що гравець кидає його один раз, другий, третій. Фігурка переміститься на сусідній квадрат, а звідти або повернеться назад, або перейде на наступний. І так далі.
Однак постає питання:що станеться, якщо гравець кине кубик нескінченну кількість разів? Якщо в грі всього кілька квадратів, то він час від часу буде повертатися у вихідну точку. Але абсолютно неможливо точно передбачити, де він буде в будь-який момент часу - адже кидки кубика невідомі. Схожа ситуація складається і з частинками, які підпадають під дію законів квантової механіки: неможливо точно знати, де вони знаходяться в даний момент часу. І все ж їх місцезнаходження можна встановити за допомогою імовірнісних розподілів.
Кожне розподіл є результатомрізної суперпозиції ймовірностей для окремих місць і відповідає певному енергетичному стану частки. В результаті кількість стійких енергетичних станів збігається з числом ступенів свободи системи і, отже, точно відповідає числу допустимих положень. Варто відзначити, що всі стабільні розподілу ймовірностей в початковій точці зовсім не дорівнюють нулю. У підсумку в якийсь момент кубик повертається в своє початкове місце розташування.
Для квантової частки це означає, щоіснує незмірна кількість способів, якими ймовірності окремих положень можуть бути об'єднані для формування розподілів. У результаті вони можуть займати вже не лише певні дискретні енергетичні стани, а й усі можливі у безперервному спектрі. Нова теорія, висунута Ніколо Дефену, пояснює те, що вчені вже багато разів спостерігали в експериментах: системи, в яких відбуваються далекодійні взаємодії, досягають не стійкої рівноваги, а скоріше метастабільного стану, в якому вони завжди повертаються в початкове становище.
Читати далі
Японські вчені представили метод переміщення предметів звуковими хвилями
У Росії і США є літаки Судного дня: як і куди вони полетять в разі кінця світу
Вперше в історії 9 зірок зникли за півгодини і не повернулися