Παρασκευή, 9 Ιουνίου 2017

Οι φυσικοί επιβεβαιώνουν τη θερμοδυναμική για τη μη αντιστρεψιμότητα του χρόνου ακόμα και σε ένα κβαντικό σύστημα

Αποτέλεσμα εικόνας για Οι φυσικοί επιβεβαιώνουν τη θερμοδυναμική για τη μη αντιστρεψιμότητα του χρόνου ακόμα και σε ένα κβαντικό σύστημαΓια πρώτη φορά, οι φυσικοί έχουν εκτελέσει ένα πείραμα που επιβεβαιώνει ότι η θερμοδυναμική διεργασία είναι μη αναστρέψιμη σε ένα κβαντικό σύστημα, πράγμα που σημαίνει ότι, ακόμη και στο κβαντικό επίπεδο, δεν μπορείτε να βάλετε ένα σπασμένο αυγό πίσω στο τσόφλι του.. Τα αποτελέσματα του πειράματος έχουν επιπτώσεις στην κατανόηση της θερμοδυναμικής σε κβαντικά συστήματα και, με τη σειρά του, στο σχεδιασμό κβαντικών υπολογιστών και άλλες τεχνολογίες κβαντικής πληροφορίας.
 
Ο χρόνος κυλά στην καθημερινή μας ζωή σύμφωνα με το Δεύτερο Νόμο της Θερμοδυναμικής

Καθώς τρέχει ο χρόνοις όλα τα συστήματα αυξάνουν συνεχώς την εντροπία τους. Μια τέτοια διαδικασία είναι μη αντιστρεπτή και γι’ αυτό και δεν μπορούμε να γυρίσουμε τον χρόνο πίσω. Όμως, οι θεωρητικοί φυσικοί υποστήριζαν ότι σε κβαντικό επίπεδο ο χρόνος πάει και προς τις δύο κατευθύνσεις.
 
Η μη αντιστρεψιμότητα στο κβαντικό επίπεδο μπορεί να φαίνεται προφανής στους περισσότερους ανθρώπους, επειδή ταιριάζει με τις παρατηρήσεις μας στον καθημερινό, μακροσκοπικό κόσμο. Ωστόσο, αυτό δεν είναι τόσο εύκολο να το δεχθούν οι φυσικοί, επειδή οι μικροσκοπικοί νόμοι της φυσικής, όπως είναι η εξίσωση του Schrödinger, είναι «χρονο-συμμετρική,» ή αλλιώς αναστρέψιμη. Θεωρητικά, οι προς τα εμπρός και οι προς τα πίσω μικροσκοπικές διαδικασίες είναι δυσδιάκριτες.
 
Στην πραγματικότητα, όμως, παρατηρούμε διαδικασίες μόνο προς τα εμπρός, όχι αναστρέψιμες. Είναι σαφές ότι, σε μακροσκοπικό επίπεδο, οι νόμοι έρχονται σε αντίθεση με ό, τι παρατηρούμε. Τώρα η νέα μελέτη δείχνει ότι οι νόμοι δεν ταιριάζουν με ό, τι συμβαίνει στο κβαντικό επίπεδο.
 
Ο φυσικός Tiago Batalhão στο Πανεπιστήμιο του ABC της Βραζιλίας και οι συνεργάτες του δημοσίευσαν μια εργασία σχετικά με την πειραματική επίδειξη της μη αντιστρεπτότητα της κβαντικής θερμοδυναμικής στο Physical Review Letters .  Αυτό που ήθελαν να κάνουν ήταν  να δημιουργήσουν ένα απομονωμένο κβαντικό σύστημα και να παρατηρήσουν τις φυσικές διαδικασίες να αντιστρέφονται.
 
Οι παρατηρήσεις των θερμοδυναμικών διεργασιών σε ένα κβαντικό σύστημα είναι πολύ δύσκολες και δεν έχει γίνει μέχρι τώρα. Στο πείραμα τους, οι επιστήμονες μέτρησαν την μεταβολή της εντροπίας, που λαμβάνει χώρα κατά την εφαρμογή ενός παλλόμενου μαγνητικού πεδίου σε άτομα άνθρακα-13 μέσα σε υγρό χλωροφόρμιο. Οι ερευνητές αρχικά εφάρμοσαν ένα παλμό εναλλασσόμενου μαγνητικού πεδίου που ανάγκασαν τα πυρηνικά σπιν των πυρήνων να μεταβληθούν, και στη συνέχεια εφαρμόζουν τον παλμό αντίστροφα για να αναγκάσουν τα σπιν να αντιστραφούν δυναμικά.
 
Αν η διαδικασία αυτή ήταν αντιστρεπτή, τα σπιν θα επέστρεφαν στην αρχική κατάσταση, όμως κάτι τέτοιο δε συνέβη. Αυτό που συνέβη ήταν ότι η εναλλαγή των μαγνητικών παλμών γινόταν τόσο γρήγορα που κάποιες φορές τα ατομικά σπιν δεν μπορούσαν να ακολουθήσουν, κάνοντας το απομονωμένο σύστημα να βγει εκτός ισορροπίας.
 
Μετά το τέλος τους πειράματος η εντροπία του συστήματος είχε αυξηθεί και έτσι επιβεβαιώθηκε ότι ο χρόνος είναι μονής κατεύθυνσης ακόμη και για τον μικρόκοσμο. 
 
Στο μέλλον οι φυσικοί θέλουν να βρουν τι είναι αυτό που εμποδίζει τα κβαντικά συστήματα να είναι αντιστρεπτά, γιατί θέλουν να κατανοήσουν τα κβαντικά συστήματα με σκοπό να προχωρήσουν την ανάπτυξη κβαντικών υπολογιστών, που θα μπορούν να εκμεταλλευτούν τους νόμους της κβαντικής μηχανικής ώστε η απόδοσή τους να ξεπερνά την απόδοση των κλασσικών ηλεκτρικών συσκευών.