Kvantoví fyzici mají novou hračku: Kvantový teploměr!  
Schrödingerova kočka je zároveň živá i mrtvá. O mnoho reálnější Schrödingerův teploměr naměří různé teploty objektu v nanosvětě zároveň. Když si lidé příliš dlouho hrají s myšlenkovými experimenty, tak se může stát, že jim obživnou.

Teploměry pro měření teploty mléka. Kredit: Tijuana Brass / Wikimedia Commons.
Teploměry pro měření teploty mléka. Kredit: Tijuana Brass / Wikimedia Commons.

Schrödingerovu kočku zná každý. Oblibuje krabice s radioaktivním nuklidem a jedovatým plynem, v nichž se vyskytuje ve stavu superpozice, tedy zároveň živá i mrtvá. Je to slavná strašidelná historka, která se zrodila z Kodaňské interpretace kvantové mechaniky. Jak se ale zdá, nezůstane jenom u kočky.

 

Fyzici britské Exeterské univerzity Harry Miller a Janet Anders zjistili, že podobně rozverný stav kvantové nejistoty nejspíš funguje pro teploty. Podle jejich výzkumu mohou mít objekty na kvantové úrovni v jednom okamžiku dvě různé teploty. Tenhle bizarní kvantový paradox – Schrödingerův teploměr, který si příliš nezadá s původní Schrödingerovou kočkou, je prvním nově popsaným podobným kvantovým jevem po desítkách let. Studii exeterského týmu uveřejnil časopis Nature Communications.


V roce 1927 německý fyzik Werner Heisenberg vyslovil legendární pravidlo, podle něhož není možné zároveň přesně změřit polohu částice a její hybnost. Čím přesněji určíme polohu, tím hůře zjistíme hybnost částice, a naopak. Dneska tomu říkáme Heisenbergův princip neurčitosti.

Janet Anders. Kredit: University of Exeter.
Janet Anders. Kredit: University of Exeter.

 

Pokud jde o teplotu, tak ta je zároveň důvěrně známou veličinou, a také velice komplikovaným jevem. V ideálním plynu je teplota proporční kinetické energii částic, z nichž se takový plyn skládá. Teplota se obvykle měří v makrosvětě, pomocí teploměru. Vychází se přitom z toho, že když jsou dvě tělesa v kontaktu, tak se jejich teplota za nějaký čas vyrovná. V kvantovém světě to ale není tak jednoduché. Kvůli Heisenbergovu principu neurčitosti totiž není možné přesně změřit energii, podobně jako polohu a hybnost částice.

 

Slavná a jedinečná kočka. Kredit: Dhatfield / Wikimedia Commons.
Slavná a jedinečná kočka. Kredit: Dhatfield / Wikimedia Commons.

Jedním z projevů této nově popsané kvantové neurčitosti je i to, že existují stavy superpozice pro energii, tedy teplotu systému. Z toho vyplývá, že stejně jako je neurčitá kvantová Schrödingerova kočka, tak je i neurčitý kvantový Schrödingerův teploměr. Takže teploměr, alespoň ten kvantový, vlastně nemá jednu konkrétní teplotu, ale jeho stav je výsledkem kombinace projevů více různých stavů zároveň. V makrosvětě může například teploměr ukazovat teplotu objektu mezi mínus 0,5 °C a nula °C. V kvantovém světě ale teploměr může ve skutečnosti naměřit, že objekt má obě tyto teploty zároveň.

 

Závěry výzkumu Millera a Andersové budou mít velký význam pro design a konstrukci optimálních teploměrů pro měřítko nanosvěta. Mohly by tím pádem sehrát významnou roli ve vývoji a fungování celé řady technologií blízké budoucnosti. Až bude potřeba měřit teplotu kvantových teček nebo nějakých jiných zajímavých nanoobjektů, tak budou muset nanoinženýři vzít v úvahu pozoruhodné vlastnosti Schrödingera teploměru.

Video: What can Schrödinger's cat teach us about quantum mechanics? - Josh Samani



Literatura

Datum: 20.09.2018
Tisk článku

Kočka - 100 falešných předsudků - Barlerinová Laetitia
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 249 Kč
cena: 212 Kč
Kočka - 100 falešných předsudků
Barlerinová Laetitia
Související články:

Nejslavnější kočka může být živá a zároveň mrtvá ve dvou krabicích zároveň     Autor: Stanislav Mihulka (09.06.2016)



Diskuze:

Kočka

Václav Krupička,2018-09-23 18:06:49

Každý asi ví, co je to kočka. Věřím, nebo spíš vím, že i některá zvířata s námi lidmi sdílejí
nejen definici kočky (i když vyjádřenou jinak než třeba českým jazykem), ale i definici "živá a mrtvá". Podle výkladu kvantové filosofie, je kočka v nějakém superponovaném či smíšeném stavu až
do okamžiku, kdy pozorovatel nadzvedne víko krabice. Pak se zhroutí stavová funkce a platí jen jedna z mžností. ( Bylo provedeno měření.) Jak ale víme, pes nebo třeba delfín zjistí stav kočky aniž by potřebovali "měření" jako my. Jaký je vztah mezi vědomím kvantového fyzika, psa nebo delfína a realitou? Podobné překrucování původních definic by se mělo omezovat a to zejména pro
účely popularizace vědy. Plně se stavím za diskusní příspěvek pana Hrncirika. Realitu je třeba popisovat tím nejvýstižnějším způsobem a ne tím "nejdivočejším", který odděluje fyziky od ostatních. Nahrazení skutečné identity nějak vykonstruovaným průměrem je útěkem od reality do iluzí. Položme si otázku, jakého pohlaví je průměrný člověk anebo jakou má krevní skupinu? A tak by bylo lepší uvažovat jen velký soubor Schrodingerových koček a pro soubor všech není pojem živý a mrtvý definován.

Odpovědět

Teplomer nemeria dve teploty

Tomáš Habala,2018-09-22 12:34:48

"V kvantovém světě ale teploměr může ve skutečnosti naměřit, že objekt má obě tyto teploty zároveň." - toto nie je správne. Meraním vždy získame iba jednu hodnotu. Medzi hodnotami, ktoré potencionálne môžeme namerať nie je NIKDY logický operátor "A" ale vždy je tam operátor "ALEBO". Z pohľadu merania Schroedingerova mačka nie je nikdy v stave "živá a mrtvá", vždy je v stave "živá alebo mrtvá".

Odpovědět

Jako laik se dmnívám že tady nejen

Karel Rabl,2018-09-22 01:21:34

kvantum energie či něčeho jiného pohybujícího se rychlostí světla tady je a není ale i my a s námi celý vesmír např pro vnějšího pozorovatele žijícího v černé díře, která je pohlcena společně se zbytkem času(hmoty), dalšími a dalšími černými děrami, můžeme i s veškerou baryonovou hmotou vesmíru tady být či nebýt, a stát se, ještě v naší dimenzi, třeba jediným blikajícím "pixelem" na "obrazovce".
Myslím si také že rychlost světla je limitujícím faktorem, ale jen pro nás a Baryonovou hmotu omezenou "instrukcemi dosud známých Fyzikálních zákonů" ale jednou možná do hmoty napíšeme vlastní "časovou instrukci(bublinu)" a mohli bychom se pohybovat nadsvětelnou rychlostí.

Odpovědět

Kočka

Jaroslav Pešek,2018-09-20 18:53:06

"Oblibuje krabice s radioaktivním nuklidem a jedovatým plynem, v nichž se vyskytuje ve stavu superpozice, tedy zároveň živá i mrtvá."

Jak ale víme, že tam takočka je? Klidně by tam mohl být i pes a nebo nic. To se dozvíme, až tu krabici zas otevřeme.

Odpovědět


Re: Kočka

Marek Fucila,2018-10-11 12:17:21

Presne to je poľa mňa nedostatok interpretácie. S kľudom je možné, že pri otváraní krabice tam tá mačka spadne. Živá alebo mŕtva. Dovtedy tam nie je živá a mŕtva zároveň, ale nie je tam vôbec. Inak povedané, superpozícia nemusí byť stav, keď má niečo všetky stavy naraz, ale skrátka stav, keď to ešte neexistuje a pri experimente to vznikne a stav si náhodne vyberie.

Odpovědět

Velkou výhodou kvantového teploměru je, že se na něj nesmíte podívat, aby jste ho nevyplašili (neodentanglovali)

Josef Hrncirik,2018-09-20 17:54:10

Odpovědět


Britští politikové nemohou být lepší než vědcové učívši je na britských universitách

Josef Hrncirik,2018-09-22 11:03:42

Kvantovou mechanikou se vůbec nezaobírám.
Naivně se však domnívám, že ve videu bomba nebo krabice značí zásadní neurčitost výsledku ke kterému se dostanu pouze měřením.
Ve videu se v 2´30´´ zázračně objevují 2 krabice již entanglované.
Vědcové měli upozornit nebohé poddané Jejího Veličenstva, že nejde o 2 nezávislé (neentanglované) částice (krabice), ale v krabicích se nacházejí jednotlivé (odseparované) částice stále v entanglovaném stavu (vzniklé z ?jediné částice Speciální Operací při které se zentanglovaly), a výsledek měření těchto stavů nelze předem předpokládat, až NATO že bude nutně ?cca Komplementární.
Nelze se pak podivovati, že po zhlédnutí uvedeného videa pořízeného z Jejich daní jsou poddaní zralí na psotník a špatně hlasují.

Odpovědět


Teplota má nejlepší praktický smysl při popisu stavu makroskopického systému, jako jedna ze stavových veličin. Je mírou střední energie tepelného pohybu částic tvořících systém.

Josef Hrncirik,2018-09-22 20:08:19

Jako statistická veličina má průměrnou hodnotu +- odpovídající směrodatná odchylka.
Směrodatná odchylka je nepřímo úměrná odmocnině z počtu částic v systému.
Teplota jediné částice v dlouhodobém průměru sice odpovídá teplotě okolí, ale s nepoužitelně velkou směrodatnou odchylkou danou velkými fluktuacemi. U velkého systému fluktuace teploty jsou prakticky jen mikro lokální. Energii jedné či málo částic není vhodné vyjadřovat teplotou, protože příliš fluktuuje i rozdělení do jednotlivých vidů tepelného pohybu u jednotlivých částic.
V makrosystému rozdíl teplot určuje směr tepelného toku, který pak vede k růstu entropie z tepelného toku (entropie podsoustav dané soustavy).
V mikrosystému jsou změny entropie vlivem fluktuace teplot (toků) chaoticky časově proměnlivé podobně jako teplota.
U mikrosystému je okamžitá teplota příliš fluktuující, málo vypovídající a tudíž málo využitelná.
Dodejte DOI ?článku a podívám se, jestli tam náhodou netvrdí něco rozumného,
či dokonce praktického!

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni


















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace