Este posibil să nu înțelegeți nimic în fizică, dar ar fi trebuit să fi auzit despre experimentul gândit de Schrödinger, unde pisica este plasată într-o cutie cu un element radioactiv și poate fi atât viu cât și mort. Acesta este un fenomen ciudat creat de mecanica cuantică.
Recent, fizicienii de la Universitatea din Exeter (Anglia) au descoperit că o asemănare similară poate fi observată și în cazul temperaturilor: obiectele pot avea două temperaturi la nivelul cuantic. Acest paradox quantum ciudat este prima relație complet nouă a incertitudinii cuantice care va fi formulată de-a lungul deceniilor.
Un alt principiu Heisenberg
În 1927, fizicianul german Werner Heisenberg a făcut un postulat: cu cât măsurați mai exact poziția unei particule cuantice, cu atât mai puțin veți înțelege impulsul său și viceversa. Această regulă este acum numită principiul Heisenberg de incertitudine.
Noua incertitudine cuantică, în care cu cât cunoști mai bine temperatura, cu atât mai puțin poți spune despre energie și invers, are implicații mult mai mari pentru nanoștiințe care studiază obiecte incredibil de mici (mai mici decât nanometrele). Acest principiu va schimba modul în care oamenii de știință măsoară temperatura unor lucruri extrem de mici, cum ar fi punctele cuantice. În anii 1930. Heisenberg și Niels Bor au stabilit o relație între incertitudinea dintre energie și temperatură la o scară nedecantificată. Ideea era că, dacă doriți să cunoașteți temperatura exactă a obiectului, ar fi mai bine să o scufundați într-un "rezervor" (o baie cu apă sau o cameră cu aer), cu o temperatură cunoscută, permițând corpului să se saturează lent cu această temperatură. Aceasta se numește echilibru termic.
Acest echilibru termic este menținut de obiect în timp ce rezervorul schimbă în mod constant energie. Ca rezultat, energia din obiect se deplasează în sus și în jos în cantități infinit de mici, ceea ce face imposibilă o determinare exactă. Dacă doriți să cunoașteți energia exactă în obiect, va trebui să o izolați astfel încât să nu poată intra în contact cu nimic. Cu toate acestea, izolația nu permite calcularea exactă a temperaturii cu ajutorul rezervorului. Aceste restricții fac ca temperatura să fie incertă și când se trece la o scală cuantică, culorile se îngroașă și mai mult.
Un nou raport de incertitudine
Chiar dacă un termometru tipic are o energie care se ridică și coboară ușor, este încă detectabilă într-un interval mic. Dar acest lucru nu funcționează la nivelul cuantic, unde totul se întoarce la faimoasa pisică Schrödinger. Acest experiment de gândire a sugerat închiderea pisicii într-o cutie de otravă, activată de decăderea unei particule radioactive. Conform legilor mecanicii cuantice, o particulă se poate descompune sau nu se prăbușește în același timp. Asta este, până când deschideți cutia, pisica va fi atât viu, cât și moartă în același timp. Acesta este un fenomen de suprapunere. Cercetătorii au folosit matematica și teoria pentru a prezice cu exactitate cum suprapunerea afectează calculul temperaturii obiectelor cuantice. Se pare că un termometru cuantic va fi în suprapunerea stărilor de energie în același timp, ceea ce duce la incertitudine de temperatură.
În lumea noastră, un termometru poate raporta că un obiect este între 31 și 32 de grade Fahrenheit. În cazul cuantic, termometrul va spune că obiectul este dotat simultan cu ambele temperaturi. Contactele între obiecte într-o scală cuantică sunt capabile să creeze suprapuneri și energie. Vechea relație de incertitudine a ignorat aceste efecte, deoarece acestea nu aveau importanță pentru obiectele non-cuantice. Acum este important dacă trebuie să determinați indicele de temperatură al unui punct cuantic.
