Bloggen inneholder markdown-formatering
Ok, jeg vil at du skal forestille deg noe sammen med meg.
Du vet hvordan når du heller deg opp en varm kopp kaffe, varmen alltid strømmer utover? Den sprer seg til den kjøligere luften rundt. Alltid. Ingen unntak, ikke sant? Det er termodynamikkens andre lov – entropi, universets tendens mot uorden, øker alltid. Varme strømmer fra varmt til kaldt. Punktum.
Unntatt… hva om jeg fortalte deg at forskere nettopp har funnet en måte å få varme til å strømme baklengs?
Jeg vet. Hjernen min gjorde også et lite salto da jeg først leste om dette.
Den kule (varme?) vitenskapen bak det
Her er det ville: Et internasjonalt team av forskere demonstrerte at under svært spesifikke kvantebetingelser, kan man faktisk få varme til å strømme fra et kjøligere område mot et varmere område. Det er som å se en elv flyte oppover. Det skal ikke skje. Universet har regler, folkens!
Så hvordan klarte de dette? De utnyttet en av kvantefysikkens mest forbløffende egenskaper: superposisjon. Du kjenner sannsynligvis til grunnleggende prinsipper – kvantepartikler kan eksistere i flere tilstander samtidig inntil du observerer dem. Dette teamet brukte denne egenskapen til å skape noe som kalles «indefinite causal order» (ICO i kortform), som er akkurat så rart som det høres ut.
Tenk på det slik: I stedet for at A skjer, så B – eller B så A – gjør kvantesystemet på en måte… begge deler samtidig. Oppsettet «vet» aldri faktisk hvilken side som er varm og hvilken som er kald helt til aller siste øyeblikk. Og i den usikkerheten skjer magi (vel, fysikk).
Møt Maxwells demon – kvanteversjonen
Forskerne hentet faktisk inspirasjon fra et berømt tankeeksperiment som ble tenkt ut av James Clerk Maxwell tilbake i 1867. Han forestilte seg en liten «demon» som satt ved en skillevegg mellom to gasskammer – ett varmt, ett kaldt. Dette lille vesenet kunne teoretisk sett sortere partikler, la kalde partikler drive mot den varme siden og blokkere varme partikler fra å komme inn på den kalde siden. Teoretisk sett ville du redusere entropien. Hvilket ville bryte den andre loven.
Men her er saken: For at dette faktisk skal fungere uten å bryte fysikkens lover, må demonens minne slettes med jevne mellomrom. Når du tar hensyn til energien som trengs for å slette det minnet, går entropien opp igjen. Universet balanserer regnskapet.
Denne nye forskningen tar det konseptet og gir det en kvanteoppgradering. De kaller det en kvantebryter – et oppsett der en qubit (kvanteversjonen av en vanlig databit) i praksis kan være i både «0»- og «1»-tilstand samtidig, og bestemmer rekkefølgen ting skjer i. På grunn av den kvantemessige usikkerheten blir den andre loven… la oss si, forsiktig overtalt til å slappe litt av.
Testen i praksis
Nå, her blir det enda kulere (ordspill helt tilsiktet). Dette var ikke bare matematiske spekulasjoner. Teamet bygde faktisk et ekte eksperiment ved hjelp av – vent på det – en lysstråle.
De delte en fotonstråle for å skape superposisjon, og arrangerte deretter de to resulterende delstrålene til å representere ulike rekkefølger av to partikkelreservoarer. Målet? Se om varme virkelig kunne strømme baklengs i praksis.
Og vet du hva? Det fungerte. Deres eksperimentelle resultater stemte overens med teoretiske prediksjoner med over 99 % nøyaktighet. Niognitti prosent! Det er praktisk talt en gullmedalje i fysikk.
Hvorfor bør du bry deg?
Utover den rene «whoa, vi brøt fysikken»-spenningen, har dette noen svært interessante implikasjoner.