Známy experiment, ktorý sa nazýva Schrödingerova mačka, naznačuje, že mačka v škatuľke môže byť mŕtvy aj živý súčasne - bizarný jav, ktorý je dôsledkom kvantovej mechaniky.
Fyzici z University of Exeter v Anglicku teraz zistili, že pri teplotách môže existovať podobný stav limbu: Objekty môžu byť na kvantovej úrovni dve teploty súčasne. Tento podivný kvantový paradox je prvým úplne novým vzťahom kvantovej neistoty, ktorý sa má sformulovať v desaťročiach.
Heisenbergov ďalší princíp
V roku 1927 nemecký fyzik Werner Heisenberg predpokladal, že čím presnejšie meriate pozíciu kvantovej častice, tým menej presne viete jej hybnosť a naopak - pravidlo, ktoré sa stane dnes slávnym Heisenbergovým princípom neistoty.
V 30. rokoch založili Heisenberg a dánsky fyzik Niels Bohr neurčitý vzťah medzi energiou a teplotou. Myšlienka bola, že ak ste chceli poznať presnú teplotu objektu, najlepším a najpresnejším vedeckým spôsobom, ako to dosiahnuť, by bolo ponoriť ho do „nádrže“ - povedzme do vane s vodou alebo do chladničky plnej studený vzduch - so známou teplotou a nechajte objekt, aby sa touto teplotou pomaly stal. Toto sa nazýva tepelná rovnováha.
Táto tepelná rovnováha je však udržiavaná objektom a rezervoárom neustále vymieňajúcim energiu. Energia vo vašom objekte preto stúpa a klesá o nekonečné čísla, čo znemožňuje presnú definíciu. Na druhú stranu, ak by ste chceli poznať presnú energiu vo vašom objekte, museli by ste ju izolovať, aby nemohla prísť do kontaktu s ničím a vymieňať si s ňou energiu. Ak by ste ju však izolovali, pomocou nádržky by ste nedokázali presne zmerať jej teplotu. Týmto obmedzením je teplota neistá.
Veci sa divia, keď idete do kvantovej stupnice.
Nový vzťah neistoty
Aj keď typický teplomer má energiu, ktorá mierne stúpa a klesá, táto energia je stále známa v malom rozsahu. Na kvantovej úrovni to nie je vôbec pravda, ukázal sa nový výskum, a to všetko vďaka Schrödingerovej mačke. Tento myšlienkový experiment navrhol teoretickú mačku v škatuli s jedom, ktorý mohol byť aktivovaný rozpadom rádioaktívnej častice. Podľa zákonov kvantovej mechaniky by sa častica mohla rozpadnúť a súčasne sa nerozpadnúť, čo znamená, že kým sa škatuľka neotvorí, bude mačka zároveň mŕtvy a živý - jav známy ako superpozícia.
Vedci použili matematiku a teóriu na presné predpovedanie toho, ako takáto superpozícia ovplyvňuje meranie teploty kvantových objektov.
„V kvantovom prípade bude kvantový teplomer ... v superpozícii energetických stavov súčasne,“ povedal pre agentúru Live Science Harry Miller, jeden z fyzikov na Exeterskej univerzite, ktorý vyvinul nový princíp. „Zistili sme, že teplomer už nemá dobre definovanú energiu a je v skutočnosti súčasne kombináciou rôznych stavov, čo skutočne prispieva k neistote teploty, ktorú môžeme zmerať.“
V našom svete nám teplomer môže povedať, že objekt má teplotu medzi 31 a 32 stupňov Fahrenheita (mínus 0,5 a 0 stupňov Celzia). V kvantovom svete nám teplomer môže povedať, že je objekt oba tieto teploty zároveň, Nový princíp neistoty zodpovedá za túto kvantovú podivnosť.
Interakcie medzi objektmi v kvantovej mierke môžu vytvárať superpozície a tiež vytvárať energiu. Starý vzťah neistoty ignoroval tieto účinky, pretože nezáleží na netechnických objektoch. Keď sa však snažíte zmerať teplotu kvantovej bodky, je to veľmi dôležité. Tento nový vzťah neistoty tvorí teoretický rámec na zohľadnenie týchto interakcií.
Nový dokument by mohol pomôcť každému, kto navrhuje experiment, merať zmeny teploty v objektoch pod nanometrovou mierkou, uviedol Miller. „Náš výsledok im presne povie, ako presne navrhnúť svoje sondy a ako im vysvetliť ďalšiu kvantovú neistotu, ktorú získate.“
