كيف تتحدى الأنظمة الكمومية المنطق المتجمد

يمكن للأنظمة الكمومية الأكثر سخونة أن تبرد بشكل أسرع من نظيراتها الأكثر برودة في البداية.

هل يتجمد الماء الساخن أسرع من الماء البارد؟ وربما كان أرسطو قد تناول هذا السؤال أولًا، كما أصبح معروفًا فيما بعد تأثير مبيمبا.

تم ذكر هذا الحدث لأول مرة الاعتماد على درجة الحرارة الأولية غير الرتيبة وقت بداية التجمد، ولكن تمت ملاحظته في العديد من الأنظمة المختلفة – بما في ذلك الغرويات – ومن المعروف أيضًا أنها ظاهرة استرخاء غامضة اعتمادًا على الظروف الأولية.

ومع ذلك، لم يقم سوى عدد قليل جدًا من الأشخاص سابقًا بدراسة تأثير الأنظمة الكمومية.

ما هو تأثير مبيمبا؟

تأثير مبيمبا هو ظاهرة مضادة حيث يتجمد الماء الساخن بشكل أسرع من الماء البارد في ظل ظروف معينة. سُميت هذه الظاهرة على اسم إيراستو مبيمبا، الطالب التنزاني الذي اكتشف التأثير في الستينيات ولفت انتباه المجتمع العلمي إليه لاحقًا، وقد أثارت هذه الظاهرة الاهتمام لعدة قرون بمراجع من أمثال أرسطو. لا يزال السبب الدقيق لتأثير مبيمبا موضوعًا للنقاش بين العلماء.

النتائج الأخيرة

الآن، أظهر فريق من الباحثين من جامعة كيوتو وجامعة طوكيو للزراعة والتكنولوجيا أن تأثير مبيمبا الكمي لدرجة الحرارة يمكن الشعور به في نطاق واسع من المراحل المبكرة.

يوضح هيساو هاياكاوا، قائد المشروع والمؤلف المشارك في فيزياء يوكاوا النظرية في كيوتو: “إن تأثير مبيمبا الكمي لديه ذاكرة للحالات الأولية، مما يسبب استرخاء حراريًا غير طبيعي في أوقات لاحقة”.

يتم توصيل نظامين من النقاط الكمومية في حمام حراري، أحدهما يتدفق فيه التيار والآخر في حالة توازن. وتم اتباع تطور زمني نحو حالة مستقرة لكل منها. المصدر: كيوتو يو/ هيساو هاياكاوا

أنشأت مجموعة هاياكاوا نظامين بنقاط كمومية متصلة بحمام حراري، أحدهما يتدفق فيه التيار والآخر في حالة توازن. تم إخماد كلاهما إلى حالة توازن منخفضة الحرارة، مما سمح للفريق بمتابعة تطور الزمن نحو حالة مستقرة فيما يتعلق بمصفوفة الكثافة والطاقة والإنتروبيا، والأهم من ذلك، درجة الحرارة.

تحقيق تأثير الكم مبيمبا

يقول المؤلف المشارك في TUAT ساتوشي تاكاتا: “عندما تتقاطع النسختان مع بعضهما البعض قبل الوصول إلى نفس حالة التوازن – يصبح الجزء الأكثر سخونة أكثر برودة ويتم عكس الإشارة – نعلم أننا حققنا تأثير مبيمبا الكمي الحراري”. .

“” بعد التحليل معادلة الكم الرئيسيةيقول أميت كومار تشاترجي، المؤلف الأول والمراسل لكتاب كيوتو: “لقد اكتشفنا أننا حصلنا على تأثير مبيمبا الكمي الحراري على نطاق واسع من العوامل، بما في ذلك درجة حرارة الخزان والإمكانات الكيميائية”.

يقول هاياكاوا: “تشجعنا نتائجنا على استكشاف الاستخدام المحتمل لتأثير مبيمبا الكمي في التطبيقات المستقبلية بما يتجاوز التحليلات الحرارية”.

المرجع: أميت كومار تشاترجي، وساتوشي تاكادا، وهيساو هاياكاوا، 22 أغسطس 2023، “النقاط الكمومية في نقطة كمية في الخزانات” رسائل المراجعة البدنية.
دوى: 10.1103/PhysRevLett.131.080402