Fizycy potwierdzili nieodwracalność termodynamiczną w systemie kwantowym

Kategorie: 

Źródło: Batalhão, ©2015 American Physical Society

Fizycy po raz pierwszy przeprowadzili eksperyment który potwierdził, że procesy termodynamiczne w systemie kwantowym są nieodwracalne. Odkrycie to będzie mieć wpływ na rozwój komputerów kwantowych i innych kwantowych technologii informacyjnych.

 

 

Nieodwracalność na poziomie kwantowym wydaje się raczej oczywista dla wielu z nas, gdyż możemy to zwyczajnie zaobserwować w naszym makroskopowym świecie. Jednak dla fizyków nie jest to takie proste ponieważ mikroskopowe prawa fizyki są odwracalne i nie da się odróżnić czy dany proces przebiega normalnie czy też odwraca się (przykład: śnieg po stopieniu zamieni się w kałużę i to jest normalny przebieg, ale kałuża zamieniająca się w śnieg będzie już procesem odwrotnym).

 

Nowe badania wykazują że choć systemy kwantowe powinny być odwracalne, to jednak w rzeczywistości takie nie są. Naukowcy w swoim eksperymencie mierzyli zmiany w entropii, występujące po zastosowaniu oscylującego pola magnetycznego na atomach węgla-13, które umieszczono w chloroformie. Najpierw użyli impulsu pola magnetycznego aby zmienić spin jądra atomów węgla, a następnie próbowali przywrócić go do poprzedniego stanu. Chcieli sprawdzić, czy proces ten jest odwracalny.

 

Naukowcom nie udało się tego dokonać. Impulsy magnetyczne stosowano tak szybko, że spiny zostały wyprowadzone z równowagi. Pomiary spinów wykazały, że entropia w izolowanym systemie rosła, więc kwantowy proces termodynamiczny był nieodwracalny.

 

Fizycy wyjaśniają, że mikroskopijne prawa są odwracalne tylko dlatego iż zaczynają się od "prawdziwego procesu równowagi, dla którego produkcja entropii znika w każdym momencie". Przygotowanie takiego idealnego stanu początkowego w systemie fizycznym jest niezwykle skomplikowane a stany początkowe wszystkich obserwowanych procesów nie są w prawdziwej równowadze, dlatego prowadzą do procesów nieodwracalnych.

 

Współautor badania Mauro Paternostro z Queen's University powiedział, że przeprowadzone doświadczenie pokazuje nieodwracalny charakter dynamiki kwantowej, ale nie określa eksperymentalnie czym jest to właściwie spowodowane na poziomie mikroskopowym i co określa początek strzałki czasu. Dodał, że pozyskana wiedza na temat termodynamiki na poziomie kwantowym zostanie wykorzystana w przyszłości do opracowania wysoko wydajnych technologii kwantowych.

 

 

Źródło: http://phys.org/news/2015-12-physicists-thermodynamic-irreversibility-quantum.html

Ocena: 

Nie ma jeszcze ocen

Skomentuj