Blogisisältö markdown-muodossa
Okei, pyydän sinua kuvittelemaan kanssani jotain.
Tiedätkö, kun kaadat itsellesi kuumaa kahvia, lämpö virtaa aina ulospäin? Se leviää ympäröivään viileämpään ilmaan. Aina. Ei poikkeuksia, eikö? Se on termodynamiikan toinen pääsääntö — entropia, maailmankaikkeuden taipumus epäjärjestykseen, kasvaa aina. Lämpö virtaa kuumasta kylmään. Asia selvä.
Paitsi että… entä jos kertoisin, että tutkijat ovat juuri löytäneet tavan saada lämpö virtaamaan takaperin?
Tiedän. Minunkin aivoni tekivät pienen takaperinvolttin, kun luin tästä ensimmäisen kerran.
Siisti (kuuma?) tiede sen takana
Tässä on ihmeellistä: kansainvälinen tutkijaryhmä osoitti, että hyvin erityisissä kvanttiolosuhteissa lämmön voi todellakin saada virtaamaan viileämmästä alueesta lämpimämpään. Se on kuin seuraisi jokea virtaavan ylämäkeen. Sen ei pitäisi tapahtua. Maailmankaikkeudella on säännöt, ihmiset!
Miten he onnistuivat tässä? He hyödynsivät yhtä kvanttifysiikan hämmästyttävimmistä piirteistä: superpositiota. Tiedät todennäköisesti perusasiat — kvanttihiukkaset voivat olla useassa tilassa yhtä aikaa, kunnes ne havainnoidaan. Tämä ryhmä käytti tätä ominaisuutta luodakseen jotain, mitä kutsutaan ”määräämättömäksi kausaalijärjestykseksi” (ICO lyhenteenä), joka on yhtä outoa kuin miltä se kuulostaa.
Ajattele sitä näin: sen sijaan, että A tapahtuisi ensin ja sitten B — tai B ensin ja sitten A — kvanttijärjestelmä tekee ikään kuin… molemmat yhtä aikaa. Järjestelmä ei varsinaisesti ”tiedä”, kumpi puoli on kuuma ja kumpi kylmä, ennen aivan loppua. Ja tuossa epävarmuudessa tapahtuu taikaa (no, fysiikkaa).
Tapaa Maxwellin demoni — kvanttiversio
Tutkijat saivat inspiraationsa kuuluisasta ajatuskokeesta, jonka James Clerk Maxwell keksi vuonna 1867. Hän kuvitteli pienen ”demonin”, joka istuu kahden kaasusäiliön välisessä seinämässä — toinen kuuma, toinen kylmä. Tämä pieni otus voisi teoriassa lajitella hiukkasia, päästää kylmät hiukkaset kuumalle puolelle ja estää kuumia hiukkasia pääsemästä kylmälle puolelle. Teoriassa entropiaa voitaisiin vähentää. Se rikkoisi toista pääsääntöä.
Mutta tässä on pointti: jotta tämä toimisi todellisuudessa rikkomatta fysiikan lakeja, demonin muisti on pyyhittävä ajoittain. Kun otetaan huomioon muistin tyhjentämiseen tarvittava energia, entropia nousee taas. Maailmankaikkeus tasaa kirjanpitonsa.
Tämä uusi tutkimus ottaa tuon konseptin ja antaa sille kvanttipäivityksen. He kutsuvat sitä kvanttikytkimeksi — asetelmaksi, jossa kubitti (tavallisen tietokonebitin kvanttivastine) voi olla pohjimmiltaan sekä ”0”- että ”1”-tilassa yhtä aikaa, mikä määrittää tapahtumien järjestyksen. Tuon kvantti-epämääräisyyden vuoksi toinen pääsääntö saa… sanotaan vaikka, pehmeän kehotuksen rentoutua hieman.
Testaaminen käytännössä
Nyt tulee vielä siistimpää (sanaleikki täysin tarkoituksellinen). Kyse ei ollut pelkistä matemaattisista pohdinnoista. Ryhmä rakensi todellisen kokeen käyttäen — arvatkaapa — valonsädettä.
He jakoivat fotons