Физики из Университета Эксетера опубликовали исследование, в котором предлагают новую концепцию для кота Шредингера: теперь кот одновременно может быть не только живым и мертвым, но и теплым и холодным.

Новый принцип неопределенности, разработанный учеными, гласит, что один и тот же квантовый объект может одновременно иметь разные температуры. Это предположение многим напомнило знаменитый эксперимент австрийского физика-теоретика Эрвина Шредингера.

Напомним, эксперимент Шредингера показал, что с точки зрения квантовой механики кот одновременно и жив, и мертв, чего быть не может. Следовательно, квантовая механика имеет существенные изъяны.

В реальном мире обычный термометр может нам показать, что объект находится, например, между 0,5 и 0 градусов Цельсия. В квантовом мире термометр покажет, что объект одновременно находится в двух температурах. Новый принцип неопределенности объясняет эту квантовую странность, — рассказал автор исследования Гарри Миллер.

Ученым давно известен принцип Гейзенберга, согласно которому невозможно установить точное расположение в пространстве постоянно движущегося объекта, можно только предполагать, в какой области пространства он находится.

В опубликованной работе физики указали, что новый принцип неопределенности предполагает, что чем точнее мы знаем температуру, тем меньше нам известно об энергии, и наоборот.

В 1930-х годах Гейзенберг и датский физик Нильс Бор установили «связь неопределенности» между энергией и температурой на неквантовой шкале. Ученые предположили, что для определения точной температуры объекта его нужно поместить в резервуар с постоянной известной температурой, например ванну с водой или холодильник, где он со временем станет такой же температуры. Это называется тепловое равновесие.

Но у этого способа есть один минус — тепловое равновесие поддерживается погруженным объектом, но вода или холодный воздух в резервуаре постоянно обменивается энергией. Из-за этого энергия в объекте постоянно движется, что делает невозможным точное измерение температуры.

В мире квантовой физики все намного сложнее.

Авторы работы использовали математические расчеты и эксперимент Шредингера, чтобы определить, как квантовая суперпозиция будет влиять на изменения квантовых объектов.

В квантовом мире термометр будет находиться в суперпозиции энергетических состояний одновременно. Так как термометр не имеет четко определенной энергии и одновременно находится в разных состояниях, это создает неопределенности температуры. То есть кот может иметь две температуры одновременно в квантовом измерении, — рассказали физики.

Авторы исследования считают, что их работа особенно поможет ученым, которые занимаются вычислениями температур в объектах ниже нанометровой шкалы.