Stav naprostého klidu částic, čili teplota absolutní nuly, je jednou z ideálních fyzikálních hodnot, které nejsou prakticky dosažitelné. Přinejmenším z pohledu klasické fyziky. Jenomže existuje ještě kvantová mechanika, pro kterou platí: „Nikdy neříkej nikdy.“
Mezinárodní tým fyziků, který vedl Marcus Huber z Technische Universität Wien, nalezl teoretický postup, díky němuž by mělo být možné se novým způsobem blížit k mýtické absolutní nule, tedy teplotě mínus 273,15 °C. Nový postup přitom neporušuje fyzikální zákony, ale provádí příslovečný úkrok stranou.
Z třetího termodynamického zákona, který popisuje chování látek v blízkosti absolutní nuly, vyplývá, že k dosažení absolutní nuly by bylo nutné mít k dispozici nekonečné množství některé z fyzikálních komponent, které jsou v tomto případě relevantní. Typicky nekonečné množství energie, což je pro klasickou fyziku nepřekonatelná výzva.
Kvantová mechanika to vidí poněkud jinak. V říši kvant jsou částice vlastně souhrnem možností. Pokud dojde ke změření některého z parametrů částice, tak možnosti zkolabují do jediné, ale další parametry se naopak rozostří. To nabízí zajímavou kličku pro přiblížení k nedosažitelné absolutní nule.
Částice, která by se (teoreticky) ocitla ve stavu absolutní nuly, by se totiž vůbec nepohybovala. Její pozice by tedy byla jistá. Zároveň platí, že kvantové detaily, tedy informace o předešlé pozici takové částice, mohou být zničeny. Ke slovu přichází takzvaný Landauerův princip, podle něhož zničení informace vyžaduje minimální a hlavně konečné množství energie.
Huberův tým zjistil, že je možné definovat kvantové systémy, v nichž bude dosaženo teploty absolutní nuly při použití konečného množství energie a konečného času. Huber přiznává, že to byl šok. Nikdo z nich to nečekal. Na druhou stranu, nějaké nekonečno tam být musí. V případě těchto kvantových systémů je to nekonečná komplexita.
Jak říká Huber, pro dosažení absolutní nuly touto cestou bychom museli postavit nekonečně komplexní kvantový počítač, který by perfektně ovládal nekonečné množství částic. To samozřejmě není možné, tedy pokud někdo v budoucnu nepřijde s nějakým novým úkrokem stranou.
Nicméně, kvantová mechanika je velmi těsně spjatá s teplotou. Čím více se přiblížíme k absolutní nule, tím větší je šance na výskyt podivných kvantových fenoménů. Díky výzkumu Huberova týmu se otevírá nový prostor pro výzkum v končinách kolem absolutní nuly, který by mohl vést k zajímavým kvantovým objevům.
Video: Quarantine Thermo - Marcus Huber
Video: What is the Third Law of Thermodynamics?
Literatura
Jak obrátit čas s kvantovým počítačem?
Autor: Stanislav Mihulka (15.03.2019)
Magie termodynamiky dokáže chladit bez spotřeby energie
Autor: Stanislav Mihulka (24.04.2019)
Nové zařízení vysílá rádiový signál prakticky bez spotřeby energie
Autor: Stanislav Mihulka (29.01.2023)
Diskuze:
Absolutna nula je dosazitelna.
Radoslav Pořízek,2023-05-09 10:32:27
Dokonca sa podarilo dosiahnut aj teplotu pod absolutnou nulou.
Clanku podla mna chyba uvod, ze vo fyzike mame zavedene dve definicie deplot (energeticku a entropicku), ktore su totozne az na teploty blizke absolutnej nule. Jedna moze dosahovat za specialnych podmienok aj zaporne hodnoty. Clanok opisuje tu druhu, suvisiaci so strednou hodnotou kinetickej energie castic. To by bolo dobre uviest, aby niekto neostal zmateny, ze preco sa tu teoreticky snazia dosiahnut absolutnu nulu, ked bola uz prakticky prekrocena.
nekonečno
Petr Petr,2023-05-07 06:44:00
Nikdy to požadované nekonečno (žádného typu) nebude dodáno, takže je to jen hra se slovy. Jde to samozřejmě i klasicky. Budu-li mít nekonečně komplexní systém (plyn s nekonečně částicemi), tak si můžu vybrat místo, kde je náhodou statisticky nulová teplota. Jenže klasicky ani kvantově nemohu mít nekonečnou komplexitu (nekonečnou velikost) bez nekonečna energie (tepelné, gravitačně). Prostě jen teoretický blábol.
Re: nekonečno
Petr Zima,2023-05-07 20:31:41
Tak jasně, že je to jen teoretická hříčka. Zas nikdy nevíte, k čemu se některá teoretická hříčka může hodit, i když to nebude zrovna ona avizovaná absolutní nula. Pokud to chápu správně, výsledek netvrdí nic jiného, než že místo "nekonečné energie" nebo "nekonečného času" stačí "nekonečná složitost" v nějakém (snad :-) rozumném teoretickém smyslu. Zbytek je marketingová omáčka, jak to dnes u popularizačních článků a zpráv vidíme bohužel dost často.
Re: nekonečno
Martin Jahoda,2023-05-08 12:15:18
Operační zesilovač byl taky původně neřešitelný problém, protože vyžadoval nekonečně velké zesílení. Až někoho napadlo, že oproti požadovanému zesílení stačí aby zesilovač měl vlastní zesílení větší než asi 50000. Zkreslení je pak zanedbatelné.
Tak bych podobnou kličku očekával i v tomto případě. Prostě očekával bych, že se ukáže, že není potřeba nekonečno ale jen velmi mnoho a že uprostřed toho velmi mnoho to bude podobné jako uprostřed nekonečna.....
Re: Re: nekonečno
Jirka Naxera,2023-05-11 15:16:08
Pak ale to uz neni teoreticky operak, ale to, co se da koupit, a to zesileni neni jediny problem. Treba je potreba ten "kondik na vystupu" alias frekvencni kompenzace, aby zarezaval frekvencni charakteristiku jeden prvek a nekolik (cimz by se krasne splnilo Nyquistovo kriterium), pouzitelnost je v podstate jen na NF apod.
Ono by to v teoretickem pripade stejne nefungovalo, el. naboj (a tim padem proud) je kvantovany a rozkmit vystupu by byl nekonecny, navic tam mame pri nenulove teplote tepelny sum...
Stejne jako s tou nulovou teplotou, kdyz povolite hodne malou nenulovou, tak to zacne fungovat. :)
Uvidíme k čemu to bude
Jan Strapina,2023-05-07 06:43:24
Uvidíme k čemu to bude dobré,zatím nevím.Ale je pravda,že například při provozu termonuklearních reaktorů alias tokamaků,které pravě ted se doopravdy začínají rozbíhat a vyrábět energii,je potřeba extrémní chlazení toroidních supravodivých magnetů,aby správně fungovaly a udržovaly plazma tam kde má být!A to je pro provoz tokamaku to nejdůležitější!
Re: Uvidíme k čemu to bude
Jirka Naxera,2023-05-07 11:51:33
Obavam se, ze to nepomuze. Tokamak mate horke plasma, a simulace Tokamaku v kvantovem pocitaci Vam energii nevyrobi.
Kvantovy pocitac (ponechme stranou nekonecnou komplexitu == nekonecne kvantovych qbitu ktere se nezhrouti fyzicky do cerne diry) = dost slozity podchlazeny system.
Schvalne si projdete puvodni clanek, (ja ho jeste necetl), vsadim se o cokoli rozumne vsaditelneho, ze to bude neco na tema "teplota v solid state systemu", coz neni to same, co teplota toho systemu.
Re: Uvidíme k čemu to bude
V. Novák,2023-05-08 19:51:01
Ke chlazení magnetů v tokamaku nepotřebujete absolutní nulu, teplota kapalného hélia postačí. Vlastně i dusíku a možná i vyšší, poslední dobou jsem nesledoval vývoj dalších supravodivých materiálů.
Nepotřebujete absolutní nulu, zato potřebujete chladit obrovská zařízení a ne pár atomů nějakým kvantovým trikem. No a dokud budou platit Heisenbergovy relace neurčitosti, nemůžete dosáhnout nulové rychlosti čehokoli - nulová rychlost implikuje nulové delta p i delta x - a to právě Heisenberg zakazuje.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
