Du kanske inte förstår något i fysiken, men du borde ha hört talas om Schrödinger tankexperiment där katten placeras i en låda med ett radioaktivt element och det kan vara både levande och dött. Detta är ett konstigt fenomen som skapas av kvantmekanik.
Nyligen upptäckte fysiker från University of Exeter (England) att en liknande likhet kan ses i temperaturer: föremål kan ha två temperaturer på kvantnivå. Denna underliga kvantparadox är det första helt nya förhållandet av kvantusäkerhet som kommer att formuleras under årtionden.
Ett annat Heisenberg-princip
1927 gjorde den tyska fysikern Werner Heisenberg ett postulat: desto mer exakt mäter du en kvantpartikels position, desto mindre korrekt förstår du dess momentum och vice versa. Denna regel kallas nu Heisenberg Osäkerhetsprincip.
Den nya kvantosäkerheten, desto mer exakt du känner till temperaturen, desto mindre kan du säga om energi och vice versa, har mycket större konsekvenser för nanovetenskap som studerar otroligt små objekt (mindre än nanometer). Denna princip kommer att förändra hur vetenskapsmän mäter temperaturen på extremt små saker, som kvantpulver. På 1930-talet. Heisenberg och Niels Bor har etablerat en relation mellan osäkerheten mellan energi och temperatur i en icke kvantifierad skala. Tanken var att om du ville veta objektets exakta temperatur skulle det vara bättre att fördjupa den i en "tank" (ett bad med vatten eller en kammare med luft) med en känd temperatur som gör att kroppen långsamt kan mätta med denna temperatur. Detta kallas termisk jämvikt.
Denna termiska jämvikt upprätthålls av objektet medan reservoaren kontinuerligt utbyter energi. Som ett resultat flyttas energin i föremålet upp och ner i oändligt små kvantiteter, vilket gör omöjlig en exakt bestämning. Om du vill veta exakt energin i objektet måste du isolera den så att den inte kan komma i kontakt med någonting. Isoleringen tillåter emellertid inte att exakt beräkna temperaturen med tanken. Dessa begränsningar gör temperaturen osäker, och när du flyttar till en kvantskala, förtar färgerna ännu mer.
Nytt osäkerhetsförhållande
Även om en typisk termometer har energi som stiger och faller något, är det fortfarande detekterbart i ett litet område. Men detta fungerar inte på kvantnivå, där allt återvänder till den berömda Schrödinger katten. Det här tankeexperimentet föreslog att katten stängdes i en låda av gift, aktiverad av sönderfall av en radioaktiv partikel. Enligt kvantemekanikens lagar kan en partikel sönderdelas eller inte kollapsa samtidigt. Det vill säga, tills du öppnar lådan, kommer katten att vara både levande och död samtidigt. Detta är ett superpositionsfenomen. Forskarna använde matematik och teori för att exakt förutse hur superposition påverkar temperaturberäkningen av kvantobjekt. Det visar sig att en kvanttermometer kommer att ligga i överlagring av energistater samtidigt som det leder till temperaturosäkerhet.
I vår värld kan en termometer rapportera att ett föremål är mellan 31 och 32 grader Fahrenheit. I kvantumfallet kommer termometern att säga att föremålet är samtidigt utrustad med båda temperaturerna. Kontakter mellan objekt i en kvantskala kan skapa superpositioner och energi. Den gamla osäkerhetsrelationen ignorerade dessa effekter eftersom de var obetydliga för icke-kvanta föremål. Nu är det viktigt om du behöver bestämma temperaturindexet för en kvadratdot.
