Kvantinės sistemos nepaiso fizikos dėsnių (6)
Veizmano instituto (Izraelis) chemijos fakulteto mokslininkai kartu su kolegomis iš Vokietijos padarė stebinančią išvadą: itin dažnas tam tikros kvantinės sistemos temperatūros matavimas gali pažeisti termodinamikos dėsnius.
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Pagal termodinamiką, galingo šilumos šaltinio (vadinamosios šiluminės vonelės – sistemos, pasižyminčios itin didele šilumine talpa) ir žymiai mažesnių sistemų ansamblio sąveika bent jau statistiškai turėtų artinti pastarąsias prie šiluminės pusiausvyros.
Tačiau profesorius Geršonas Kurizkis (Gershon Kurizki), Noamas Erezas (Noam Erez) ir doktorantas Gorenas Gordonas (Goren Gordon) iš cheminės fizikos departamento kartu su Matiasu Nestu (Mathias Nest) iš Vokietijos Potsdamo universiteto parodė, kad kvantinių sistemų ansambliai, sąveikaudami su šilumine vonele, gali smarkiai nukrypti nuo bendros tendencijos artėti prie šiluminės pusiausvyros. Mokslininkų darbas neseniai išspausdintas žurnale „Nature“.
Visiškai nepaisydamas termodinamikos dėsnių kvantinių sistemų ansamblis gali smarkiai įkaisti netgi tada, kai jo temperatūra jau viršija šiluminės vonelės temperatūrą. Arba atvirkščiai – tapti šaltesnis, kai temperatūra nesiekia vonelės temperatūros. Mokslininkai parodė, kad jeigu šių sistemų energija yra matuojama pakartotinai, tiek sistemų, tiek vonelės temperatūros kis – padidės arba sumažės. Šis pokytis priklauso ne nuo matavimų rezultatų, o nuo matavimų dažnumo.
Kaip būtų galima paaiškinti šį reiškinį? Kitaip nei klasikiniu atveju kvantinių sistemų matavimas pastarąsias atsieja nuo šiluminės vonelės. Šis atsiejimas (vėl pereinantis į susijungimą, kai tik matavimas baigiasi) lemia tai, kad sistemos ir vonelė gauna papildomos energijos (matavimo įrangos sąskaita), todėl jų temperatūra pakyla.
Kai tai nutinka per labai trumpą laiko tarpą, sistemų atskirti nuo vonelės negalima. Tačiau kai laiko tarpai ilgesni, sistemos ir vonelė pradeda keistis energija kaip susieti osciliatoriai (panašiai kaip sujungtos spyruoklės). Dėl šių mainų kvantinės sistemos energiją atiduoda vonelei, todėl sumažėja jų temperatūra. Priklausomai nuo matavimų pakartojimo dažnumo, sistemas turėtų būti galima ir įkaitinti, ir atvėsinti.
Šis reiškinys gali padėti sukurti naujas atominių, molekulinių arba kietojo kūno įrenginių kaitinimo ir šaldymo sistemas. Tokios sistemos leistų atlikti ultragreitą temperatūros valdymą milžiniškos spartos optiniais matavimais.