ما مدى سخونة قهوة شرودنغر؟ (بحث جديد)

تم اكتشاف علاقة عدم يقين جديدة ، تربط الدقة التي يمكن قياس درجة الحرارة بها وميكانيكا الكم ، في جامعة إكسيتر.

إذا قمت بقياس درجة حرارة قهوتك باستخدام مقياس حرارة قياسي  ، فقد تجد 90 درجة مئوية مع زيادة او نقصان بمقدار 0.5 درجة مئوية. ينشأ عدم اليقين في درجة الحرارة في القراءة لأن مستوى الزئبق في ميزان الحرارة يتقلب قليلا ، بسبب الاصطدامات المجهرية لذرات الزئبق.

تصبح الأمور أكثر إثارة للاهتمام عند محاولة قياس درجة حرارة الأشياء الصغيرة ، مثل أجهزة النانومتر أو الخلايا المفردة. وللحصول على قياسات دقيقة ، يحتاج المرء إلى استخدام ترمومترات صغيرة للغاية ذات مقياس نانوي ، تتكون من عدد قليل من الذرات.

طوّر الفريق في إكسيتر إطارًا نظريًا جديدًا يسمح بتوصيف موازين الحرارة الصغيرة ويحدد الدقة النهائية التي يمكن تحقيقها. وتبين أنه في ظل ظروف معينة يكون عدم اليقين في قراءات درجة الحرارة عرضة لتقلبات إضافية تنشأ بسبب التأثيرات الكمية.

على وجه التحديد ، يمكن أن تكون موازين الحرارة الصغيرة في تراكب بين درجات حرارة مختلفة ، على سبيل المثال. 90.5 درجة مئوية و 89.5 درجة مئوية ، تمامًا كما يمكن لقطة شرودنجر أن تكون في حالة تراكب بين الموتى والحياة.

تم نشر هذا البحث في المجلة العلمية الرائدة Nature Communications.

يشرح هاري ميلر ، المؤلف الأول للورقة ومن قسم الفيزياء والفلك في إكستر: "بالإضافة إلى الضوضاء الحرارية الموجودة عند إجراء قياس درجة الحرارة ، فإن إمكانية التواجد في التراكب تعني أن التقلبات الكمية تؤثر على كيفية مراقبة درجة الحرارة عند النانوية ".

يثبت الاكتشاف علاقة جديدة بين عدم اليقين الكمي ، الناشئة عن حالات التراكب هذه ، ودقة قياسات درجة الحرارة. في المستقبل ، ستكون علاقة عدم اليقين هذه مفيدة للمتخصصين التجريبيين لتصميم موازين الحرارة المثلى النانوية التي تأخذ في الاعتبار آثار ميكانيكا الكم.

وأضافت الدكتورة جانيت أندرس ، المؤلفة المشتركة للورقة وكبيرة المحاضرين في جامعة إكستر: "هذه النتيجة هي خطوة مهمة لتوسيع المفاهيم والقوانين الديناميكية الحرارية إلى المقياس النانوي ، حيث تنهار افتراضاتنا العيانية".

يتم نشر علاقة عدم اليقين في درجة حرارة الطاقة في الديناميكا الحرارية الكمية في Nature Communications.

اعدادوترجمة / فادي طارق 

المصدر