Группа ученых из университета Эксетера (University of Exeter) обнаружила новые "неопределенные отношения", которые связывают точность, с которой может быть измерена температура, с законами загадочной квантовой механики. Если вы измерите температуру свежезаваренного кофе при помощи обычного термометра, вы можете получить значение в районе 90 градусов Цельсия плюс-минус 0.5 градуса. Погрешность измерения в данном случае возникает из-за того, что уровень ртути в столбике термометра постоянно колеблется из-за постоянных столкновений атомов ртути в результате их теплового движения.
Процесс измерения температуры становится более сложным и интересным, если дело касается измерения температуры крошечных объектов, размеры которых измеряются сотнями, десятками и единицами нанометров. Ведь для того, чтобы измерить температуру таких объектов требуются наноразмерные термометры, состоящие всего из нескольких атомов.
Ученые из университета Эксетера при помощи теоретических расчетов разработали крошечную структуру, которая позволяет измерять параметры наноразмерных термометров и калибровать их с достаточным уровнем точности. При помощи этого своего рода стенда они выяснили, что погрешность температурных измерений имеет склонность к дополнительным колебаниям, что возникает вследствие влияния квантовых эффектов. Как и любые квантовые объекты, эти крошечные термометры могут находиться в состоянии суперпозиции по отношению к температуре, другими словами, сам термометр может иметь и индицировать сразу две температуры, к примеру 90.5 C и 89.5 C, точно также, как и знаменитая кошка Шредингера, находящаяся в суперпозиции, которая и жива и мертва одновременно.
"В дополнение к тепловым помехам, которые влияют на температурные измерения, в точность этих измерений вносит свою лепту и состояние квантовой суперпозиции" - рассказывает Гарри Миллер (Harry Miller), ведущий исследователь, - "И когда размеры объекта и самого термометра приближаются к наноразмерному уровню, влияние квантовых эффектов на точность измерений выходит на первый план".
Данное открытие имеет важное значение для ученых, исследующих как мир микроскопических объектов, так и мир квантовой механики. Обладание знаниями о квантовой неопределенности при измерении температуры позволят ученым оптимизировать структуру наноразмерных термометров так, чтобы свести к минимуму влияние квантовых эффектов на производимые измерения.
"Данное открытие является первым шагом к созданию новых термодинамических законов и понятий, действующих на наноразмерном уровне, там, где полностью перестают работать законы классической физики" - рассказывает доктор Джанет Андерс (Dr. Janet Anders).
