تم مؤخرًا نشر حالة جديدة من عدم اليقين الكمي في ورقة بحثية منشورة في المجلة طبيعة الاتصالات من جامعة اكستر في المملكة المتحدة. وتضاف هذه النسبة إلى مبدأ عدم اليقين المعروف الذي يربط درجة الحرارة بالطاقة المقاسة والضوضاء الناتجة عن الاقتران بالبيئة.
إذا قمت بقياس درجة حرارة فنجان قهوتك باستخدام مقياس حرارة ميكانيكي، فستجد أنها تبلغ حوالي 90 درجة بدقة 0.5 درجة مئوية. إن عدم اليقين في درجة الحرارة يأتي في الواقع من التقلبات (المسعورة) لذرات الزئبق الموجودة في مقياس الحرارة الخاص بك.
يصبح الأمر أكثر إثارة للاهتمام إذا حاولت قياس درجة حرارة الأجسام الصغيرة مثل آلات النانومتر أو الخلايا الفردية. لقياس درجة خلية أو آلة نانومترية، يتعين على الباحثين استخدام مقياس حرارة على نفس المقياس، وحتى أصغر، بحجم بضع ذرات فردية.
قام فريق من جامعة إكستر بتطوير طريقة نظرية تسمح لك بقياس درجة حرارة الأجسام الصغيرة بدقة عالية بما فيه الكفاية. وتبين أنه في مثل هذه الأنظمة تظهر أيضًا التقلبات الناتجة عن التأثيرات الكمومية. إذا تعمقنا أكثر يمكننا القول أنه بفضل ميكانيكا الكم، يمكن للنظام أن يكون في حالة تراكب (أو بمعنى آخر في عدة حالات) لدرجات حرارة مختلفة في نفس الوقت، 90 درجة و 89.5 على سبيل المثال. تشبه إلى حد ما فكرة فنجان قهوتنا، لكن عدم اليقين هذه المرة لا يأتي من جهاز القياس، بل من مبدأ عميق في الطبيعة. يوضح التشبيه الشهير لقطة شرودنغر هذا بشكل جيد - إنها تجربة فكرية اقترحها شرودنغر لتوضيح مبدأ التراكب. لنفترض أنه تم وضع قطة في صندوق يحتوي على مادة مشعة. بمجرد إشعاع المادة المشعة، سيضرب إشعاعها الكاشف فيطلق السم ويقتل القطة. إذا أغلقنا الصندوق مع القطة، فلن نتمكن من معرفة متى أو إذا كانت المادة المشعة قد تحللت وأطلقت السم، وبالتالي يمكننا الادعاء أنه حتى نفتح الصندوق فإن القطة حية وميتة في نفس الوقت. وقت. ومن المبادئ الأخرى في هذا النظام، ولكن في غاية الأهمية، هو الاقتران، أو بمعنى آخر، اتصال النظام مع بيئته. بمجرد أن يكون النظام على اتصال بالبيئة، فإنه يضطر إلى أن يكون في حالة متقلبة (في هذه الحالة تعني عدم الاستقرار) في طاقته.
مبدأ عدم اليقين لهايزنبرج هو مبدأ أساسي في نظرية الكم. يربط المبدأ بين كميتين قابلتين للقياس في الطبيعة ويدعي أنه لا يمكن قياسهما بأقصى قدر من الدقة في نفس الوقت، مثل الموضع والزخم. وهذا المبدأ لا علاقة له بجهاز القياس الذي لدينا ومدى حساسيته، فهو مبدأ عميق في الطبيعة ونظرية الكم.
يشرح هاري ميلر، المؤلف الأول للمقال: "بصرف النظر عن الضوضاء الحرارية الموجودة بفضل جهاز القياس لدينا، فإن حقيقة أن النظام في حالة تراكب تعني أن الظواهر الكمومية يمكن أن تؤثر عليه". في كل قياس، يمكن للتقلبات أن تقلب الميزان نحو درجة حرارة أو أخرى، ولن نتمكن من معرفة درجة الحرارة حتى نقيسها. في المستقبل، سيسمح عدم اليقين للباحثين بحساب درجات حرارة الأنظمة النانوية بدقة أكبر والتي ستأخذ في الاعتبار الظاهرة الكمومية.
وتضيف الدكتورة جانيت أندرس، أحد مؤلفي المقال: "هذا الاكتشاف مهم لفهم المبادئ الأساسية لنظرية الديناميكا الحرارية على مقياس النانومتر، حيث الافتراضات العيانية (التي تنتمي إلى العالم على مقياس أكبر بكثير من المقياس الذري) ) مكسورة.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
تعليقات 14
قطة شرودنغر هي مثال مجازي يهدف إلى السخرية من تفسير كوبنهاجن لنظرية الكم (الحديثة)، وليس لتوضيح مبدأ التراكب.
تُستخدم نظرية المعلومات الكمومية للأستاذ أيضًا في الحوسبة الكمومية. يستخدمها إريك فيرليند في اشتقاق الجاذبية من الإنتروبيا
https://www.youtube.com/watch?v=25IyrYltPPI
وتنقل بين الجامعات، بموقف إيجابي مفاده أن تغيير الرأي بشأن المادة المظلمة أو غيابها يتطلب الإقناع.
إن موضوع الديناميكا الحرارية الكمية المعروض هنا ينطبق أيضًا على موضوع الجاذبية المندمجة مع النسبية العامة.
والد نظرية إنتروبيا الجاذبية، البروفيسور إريك فيرليند، الذي كان ضيف شرف في التخنيون العام الماضي،
تستخدم نفس العبارات التي يستخدمها الأستاذ المتميز أندرس وطالب الدكتوراه هاري ميلر.
يستنتج قوة الجاذبية من الإنتروبيا، وهي مقياس لدرجة النظام في الفضاء.
ونظرًا لأن نظرية هوف تستنتج عددًا كبيرًا من التنبؤات المتعلقة بالمادة المظلمة، فإنه هو نفسه يعترف بأنها في طور التكوين.
الجميل هو أن ترى مجالين مختلفين في الفيزياء يجتمعان في أساس نظري واحد.
لقد قمت بتنزيل 3 من مقالاتهم - فهي تذكرني بالنسيان، وإمكانيات بحث جديدة لنفسي أيضًا.
الدكتوراه أيضًا صغيرة جدًا. ليس بعد أستاذا ولكن محاضر كبير.
يتم الترويج لمثل هذه المقالات في الطبيعة.
http://emps.exeter.ac.uk/physics-astronomy/staff/ja343
الرجل Harry JD Miller هو "مظهرنا". آسف على العنصرية، وقد لا يكون حتى طالب دكتوراه.
يتم الاستشهاد بمقالاته بشكل أكبر خلال عام أو عامين، لذا فهي حالة مؤقتة لأنه لم يصبح أستاذًا بعد.
من الجميل جدًا أن تأتي مثل هذه النظرية المثيرة للاهتمام من طالب مع الأستاذ.
https://scholar.google.co.uk/citations?user=LE4Qsw0AAAAJ&hl=en
مراجعة المقال للدكتور أندرس
https://arxiv.org/pdf/1508.06099.pdf
مقالة مثيرة للاهتمام. يعرضنا للديناميكا الحرارية الكمومية والعديد من الديناميكا الحرارية الكمومية للجسم
وتظهر العلاقة الناتجة أنه يمكن العثور على المزيد من المفاجآت في البحث.
عدي - شكرا لتعليقك.
من المهم بالنسبة لي أن أشير إلى أن مصطلح التقلب في السياقات المادية لا يُترجم بـ "الاهتزازات العشوائية".
الترجمة الصحيحة هي "حركة" وهذا ما حددته أكاديمية اللغات في التسعينات، يمكنني توجيهك للبحث في موقع المسرد الرسمي للأكاديمية. ولم يكن من قبيل الصدفة أن يتم اختيار كلمة هجرة لترجمة المصطلح العلمي lectuaation. تحتوي كلمة "اهتزاز" على العديد من الافتراضات الخفية، خاصة الحركة حول نقطة مرجعية معينة. عندما لا يحدث تقلب، في الفيزياء يمكن أن يصف التقلب حركة نظام من حالة إلى حالة أخرى دون الاستمرار في الحركة أو الاهتزاز بعد ذلك. يخفي التقلب فكرة أخرى وراءه - تتم العملية في وقت عشوائي أو يختار النظام بشكل عشوائي الحالة التي سيتم الانتقال إليها. ولذلك، فحتى كلمة "الحركة"، التي هي أفضل من الاهتزاز، أو التذبذب، لا تشير بشكل كامل إلى الظاهرة.
إن اختيار استخدام الكلمات الأجنبية للمصطلحات العلمية هو اختياري الشخصي من منطلق رغبتي الشخصية في أن يتعرف الجمهور على المصطلحات المهنية. إذا صادفهم لاحقًا، فسوف يعرف ما يدور حوله. بالطبع، كل كلمة أجنبية يجب أن تأتي مع سياق أو ترجمة معقولة يمكن أن أفتقدها أحيانًا على طول الطريق، ولهذا السبب فإن تعليقات القراء مهمة.
فيما يتعلق بعطارد، أنا أكثر من جاهز ومن المهم إضافة كلمة "زئبق" بجانبه.
بما أن الزئبق هو زئبق (وأرجو أن يصحح نعوم المقال) فإن كلمة "تقلبات" لها أيضًا مصطلح بسيط في العبرية. ->
إنها تسمى اهتزازات (بالمناسبة، ليست تقلبات دورية، بل اهتزازات عشوائية)
أتوقع أن يكون كاتب المقال العلمي، حتى لو كان موجها لعامة الناس، محررا لغويا ونحويا. هذه المقالة هي مثال على الكتابة اللغوية السيئة. أبرزها – ماذا عن «عطارد»؟ ماذا حدث للزئبق؟ أفترض أن الكاتب طالب إسرائيلي التحق أيضًا بمدرسة ثانوية إسرائيلية. ليس لدي أدنى شك في أنه لم يسمع كلمة "ميركوري" هناك. فلماذا أفسدها؟!!
إلى المشكك -
ربما لم أكن دقيقا في كلامي، كان مجرد مثال.
هناك المئات من أجهزة القياس التي تقيس درجة الحرارة، من الأجهزة الميكانيكية إلى الأجهزة الرقمية المعقدة.
الفكرة هنا هي أنه في العالم الكلاسيكي سيكون هناك دائمًا خطأ ناتج عن دقة جهاز القياس/حساسيته. 0.5 هذا مثال لجهاز وهمي يمكنه قياس درجة الحرارة. ومن قال أيضًا أن درجة حرارة القهوة 90 درجة؟ يمكنني بالطبع تحضير القهوة على درجة حرارة 80 درجة، ومتى تكون درجة الحرارة هكذا؟ بمجرد تحضير القهوة؟ ربما بعد أن يبرد؟
على أية حال، هذا مثال وليس أكثر.
فيما يتعلق بالقياس الكمي، فهذه مسألة أكثر تعقيدًا. يستمر الجدل حول ماهية القياس حتى يومنا هذا، ولكل عالم تفسيره الشخصي، على الرغم من وجود العديد من التفسيرات الأكثر قبولًا. القياس هو آلية ندمجها في ميكانيكا الكم. في الواقع، يمكن لنظرية الكم أن توجد حتى بدونها، لكننا نعيش في عالم توجد فيه القياسات، لذا من المهم أن تأخذ النظرية الفيزيائية هذا المبدأ بعين الاعتبار. القياس يتطلب مقالة طويلة في حد ذاته، وربما تكتب واحدة في المستقبل.
مي - شكرًا لك على تعليقك، بالفعل الزئبق هي الترجمة العبرية لعنصر الزئبق. هناك بالطبع آلاف الكلمات الأجنبية الشائعة في اللغة العلمية ومن المهم التركيز عليها باللغة العبرية (من المهم القول أنه ليس كل كلمة لها ترجمة عبرية). سأكون سعيدًا إذا قمت في المستقبل أيضًا بطرح سؤال أو تعليق حول محتوى المقالة، وأنا هنا لتوضيح ما إذا كان هناك شيء غير واضح.
الزئبق بالعبرية هو زئبق... وأخشى أن أحدهم استخدم ترجمة جوجل لترجمة شيء لم يفهمه حقًا.
عدم الدقة بسبب التأثيرات الكمومية بمقدار 0.5 درجة مئوية في الزئبق؟
إن مسألة قياس ومعايرة الأجهزة برمتها معقدة للغاية، حسب ما أعرفه في أجهزة التحكم في العمليات، يرتبط عدم الدقة في معظم الحالات بالعديد من المعلمات البيئية وشكل المعايرة وموقع الجهاز وقائمة طويلة من المشكلات الأخرى ,
كما يوجد أيضًا موضوع درجة الحرارة الدقيقة (المعايرة) وإمكانية اكتشاف تغير درجة الحرارة في الوسائط المختبرة بالجهاز،
من الصعب بعض الشيء العثور على معلومات دقيقة على الإنترنت عندما ترسلك معظم نتائج البحث إلى مواقع الويب الطبية
قرأت من أحد الأماكن أن قيمة دقة عدادات الزئبق تبلغ حوالي 0.05 درجة مئوية، في حين أن المختبرات لديها أيضًا عدادات أكثر دقة، حتى اليوم عرفت أن عدم الدقة هذا بمقدار 0.5 درجة يرتبط عادةً بالعدادات الرقمية (وهذا أيضًا أمر مالي) )
عندما تكون هناك أيضًا تأثيرات بيئية لا علاقة لها بالتأثيرات الكمومية،
نفس المقالة باللغة الإنجليزية كما في المقالة أعلاه في الرابط التالي:
https://phys.org/news/2018-08-hot-schrodinger-coffee.html
ومأخوذ من البحث العلمي (المجمع) في الرابط التالي:
https://www.nature.com/articles/s41467-018-04536-7
لذا، إذا كان أي شخص يعرف أي شيء دقيق حول هذا الموضوع، فأنا أرغب في معرفة المزيد بشكل خاص عن تأثير الكم على الدقة
لأجهزة قياس درجة حرارة الزئبق، هل القيمة هي نفسها الموجودة في المقالة أم مختلفة؟