Új kihívások a kvantumrendszerekben
Mindezek dacára a klasszikus elvek egyre kevésbé alkalmazhatók, ha a tudomány az egészen parányi, kvantumskálán vizsgálja a rendszereket. A kvantumfizikusok számára nehézséget jelent, hogy mikroszkopikus léptékben már elmosódik a hasznos munka és a rendezetlen mozgás közötti határ. A Bázeli Egyetem kutatói Patrick Potts professzor vezetésével új modellt dolgoztak ki, amely képes a termodinamikai mennyiségek pontos meghatározására bizonyos kvantumrendszerekben.
A lézerfény titka egy tükrös üregben
A kutatók különös figyelmet szenteltek az úgynevezett üregrezonátoroknak, amelyekben a két tükör között oda-vissza verődő lézerfény viselkedését vizsgálták. A lézerfény attól különleges, hogy hullámai tökéletes szinkronban mozognak – ezt nevezik koherenciának. Egy atomokkal telített üregben azonban ez a koherencia megtörhet, így a fény részben vagy teljesen rendezetlenné válik. Ez a folyamat jól érzékelteti, mennyire nehéz a kvantumvilágban azonosítani, mi tekinthető munkának, s mi számít hulladékhőnek.
Munka vagy hő? Újragondolt fogalmak
A kutatók szerint a lézerfény koherens része képes például egy kvantumakkumulátor feltöltésére – tehát munkát végez. A részleges koherenciavesztés azonban nem jelenti, hogy a fény többi része teljesen haszontalan: még az így rendezetlen hullámok is képesek korlátozott mértékben munkát végezni. A Bázeli Egyetem csapata pontos leírást adott: a távozó fény koherens részét munkának, az inkoherens részét hőnek tekintik, így a termodinamika törvényei a kvantumrendszerekben is érvényben maradnak.
Kvantumtechnológia és a klasszikus viselkedés eredete
Külön figyelmet érdemel, hogy az új megközelítés kiterjeszthető más, bonyolultabb kvantumproblémákra is, például a kvantumhálózatok működésére. Mindezek dacára az alapvető kérdés, hogy a kvantumvilágból miként jelenik meg a klasszikus fizika, továbbra is a fizikusok izgalmas kihívásai közé tartozik – az új eredmények viszont közelebb vihetnek ennek megértéséhez.
