Може да не разбирате нищо във физиката, но трябва да сте чували за мисълта на Шрьодингер, където котката е поставена в кутия с радиоактивен елемент и тя може да бъде жива и мъртва. Това е странно явление, създадено от квантовата механика.
Неотдавна физици от Университета в Ексетър (Англия) откриха, че подобна прилика може да се види при температури: обектите могат да имат две температури на квантово ниво. Този странен квантов парадокс е първата напълно нова връзка на квантовата несигурност, която ще бъде формулирана в продължение на десетилетия.
Друг принцип на Хайзенберг
През 1927 г. германският физик Вернер Хайзенберг прави постулат: колкото по-точно измервате позицията на квантовата частица, толкова по-малко точно ще разберете нейния импулс и обратно. Това правило сега се нарича принцип на неопределеността на Хайзенберг.
Новата квантова неопределеност, където колкото по-точно знаете температурата, толкова по-малко можете да кажете за енергията и обратно, има много по-големи последствия за нанонауката, изучаваща невероятно малки обекти (по-малки от нанометър). Този принцип ще промени начина, по който учените измерват температурата на изключително малките неща, като квантовите точки. През 30-те години. Хайзенберг и Нилс Бор са установили връзка между несигурността между енергията и температурата на не-количествено определена скала. Идеята беше, че ако искате да знаете точната температура на обекта, би било по-добре да го потопите в "резервоар" (баня с вода или камера с въздух) с известна температура, позволявайки на тялото да се насити с тази температура. Това се нарича термично равновесие.
Това термично равновесие се поддържа от обекта, докато резервоарът постоянно обменя енергия. В резултат на това енергията в обекта се движи нагоре и надолу в безкрайно малки количества, което прави невъзможно точното определяне. Ако искате да знаете точната енергия в обекта, ще трябва да го изолирате, така че да не може да се свърже с нищо. Въпреки това, изолацията не позволява точно да се изчисли температурата, използвайки резервоара. Тези ограничения правят температурата несигурна, а при преминаване към квантова скала цветовете се сгъстяват още повече.
Ново съотношение на несигурност
Дори ако типичният термометър има енергия, която леко се повишава и спада, тя все още се открива в малък обхват. Но това не работи на квантово ниво, където всичко се връща към известната котка на Шрьодингер. Този мисловен експеримент предложил да се затвори котката в кутия с отрова, активирана от разпадането на радиоактивна частица. Според законите на квантовата механика, една частица може да се разложи или да не се разпадне едновременно. Това означава, че докато отворите кутията, котката ще бъде едновременно жива и мъртва едновременно. Това е феномен на суперпозиция. Изследователите използват математика и теория, за да предскажат точно как суперпозицията влияе на температурното изчисление на квантовите обекти. Оказва се, че квантовият термометър ще бъде в суперпозицията на енергийните състояния едновременно, което води до температурна несигурност.
В нашия свят термометърът може да съобщи, че обектът е между 31 и 32 градуса по Фаренхайт. В квантовия случай термометърът ще каже, че обектът е едновременно снабден с двете температури. Контактите между обекти в квантов мащаб са способни да създават суперпозиции и енергия. Старото отношение на несигурността игнорира тези ефекти, защото те не са били важни за не-квантовите обекти. Сега е важно да определите температурния индекс на квантова точка.
