Ara\u015ft\u0131rmac\u0131lar 150 y\u0131ll\u0131k bir termodinamik d\u00fc\u015f\u00fcnce deneyinin kuantum \u0131s\u0131 motorunun geli\u015fimine etki edebilecek yeni bir kuantum versiyonunu geli\u015ftirdiler.<\/p>\n
Nottingham \u00dcniversitesi\u2019nden matematik\u00e7iler, Gibbs paradoksuna, klasik ve kuantum termodinami\u011fi aras\u0131ndaki bilgi ve kontrol rollerinin temel fark\u0131n\u0131 kan\u0131tlayan yeni bir kuantum teorisi uygulad\u0131lar. Klasik Gibbs Paradoksu erken termodinami\u011fin geli\u015fiminin \u00e7ok \u00f6nemli bir k\u0131sm\u0131n\u0131 anlamaya sebep oldu ve ara\u015ft\u0131rmac\u0131n\u0131n sistem \u00fczerindeki kontrol seviyesini g\u00f6z \u00f6n\u00fcnde bulundurma ihtiyac\u0131n\u0131 vurgulad\u0131.<\/p>\n
Ara\u015ft\u0131rma ekibi \u00f6nce ayr\u0131 tutulan ve sonra tekrar bir araya gelen \u00f6zde\u015f olmayan iki kuantum gaz\u0131n\u0131 (mavi ve k\u0131rm\u0131z\u0131 gazlar) kar\u0131\u015ft\u0131rmaya dayal\u0131 bir deney geli\u015ftirdiler. B\u00f6ylelikle, sistem tek d\u00fcze olmaya ba\u015flad\u0131 ki bu da entropi (d\u00fczensizlik) art\u0131\u015f\u0131yla \u00f6l\u00e7\u00fcld\u00fc. E\u011fer g\u00f6zlemci “mor boyal\u0131” g\u00f6zl\u00fc\u011f\u00fcn\u00fc tak\u0131p s\u00fcreci tekrarlarsa gazlar ayn\u0131 g\u00f6r\u00fcnecek ve bu sonu\u00e7ta entropi de\u011fi\u015fimi s\u0131f\u0131r olacak. Biraz daha yak\u0131ndan bakacak olursak, kapal\u0131 bir kutuyu ikiye ay\u0131rd\u0131\u011f\u0131m\u0131z\u0131 ve ortaya bir duvar koyarak sa\u011f tarafa k\u0131rm\u0131z\u0131, sol tarafa mavi gazlar\u0131 yerle\u015ftirdi\u011fimizi d\u00fc\u015f\u00fcnelim, b\u00f6ylelikle duvar\u0131 kald\u0131r\u0131p mavi ve k\u0131rm\u0131z\u0131 gazlar\u0131 kar\u0131\u015ft\u0131rd\u0131\u011f\u0131m\u0131z zaman, beklendi\u011fi \u00fczere sistemin entropisi (d\u00fczensizli\u011fi) artacakt\u0131r. Her iki tarafa \u00f6zde\u015f gazlar (her iki tarafa da ayn\u0131 renk) koyulup gazlar daha sonra bir araya getirilirse, paradoksa g\u00f6re entropi de\u011fi\u015fimi s\u0131f\u0131r olacakt\u0131r. Ama termodinami\u011fin ikinci yasas\u0131na g\u00f6re yal\u0131t\u0131lm\u0131\u015f bir sistem maksimum d\u00fczensizli\u011fe sahip olan bir durumu se\u00e7er, yani entropi artmak zorundad\u0131r. \u0130\u015fte paradoks burada ba\u015flar.<\/p>\n
Nature Communications<\/em>\u2019daki ara\u015ft\u0131rman\u0131n yazarlar\u0131 Benjamin Yadin ve Benjamin Moriss \u201centropi gibi fiziksel niceliklerin onlar\u0131 hesaplayanlardan ba\u011f\u0131ms\u0131z olarak bir anlam\u0131 olmal\u0131 diye bekliyorduk, bu y\u00fczden bulgular\u0131m\u0131z tuhaf g\u00f6r\u00fcnebilir. Paradoksu \u00e7\u00f6zmek i\u00e7in termodinami\u011fin bize ‘belli kabiliyetleri olan cihazlara sahip olan deneycilerin ne kadar yararl\u0131 i\u015fler yapabilece\u011fini’ s\u00f6yledi\u011fini anlamal\u0131y\u0131z. \u00d6rne\u011fin, bir motoru \u00e7al\u0131\u015ft\u0131rmak i\u00e7in \u0131s\u0131t\u0131lm\u0131\u015f genle\u015fen bir gaz kullan\u0131labilir. Kar\u0131\u015ft\u0131rma s\u00fcrecinde faydal\u0131 bir enerji \u00e7\u0131karmak i\u00e7in k\u0131rm\u0131z\u0131 ve mavi aras\u0131ndaki fark\u0131 g\u00f6ren bir cihaza ihtiyac\u0131m\u0131z var\u201d a\u00e7\u0131klamalar\u0131nda bulunuyor. Ara\u015ft\u0131rmac\u0131lar\u0131n dikkat \u00e7ekti\u011fi gibi, iki \u00f6zde\u015f gaz\u0131n par\u00e7ac\u0131klar\u0131n\u0131 ay\u0131rt edecek bir cihaza ihtiya\u00e7 var \u00e7\u00fcnk\u00fc kuantum mekani\u011fine g\u00f6re par\u00e7ac\u0131klar\u0131n yerlerini belirledikten sonra bu par\u00e7ac\u0131klar\u0131n dalga fonksiyonlar\u0131 kar\u0131\u015facak ve konumlar\u0131n\u0131 tekrar \u00f6l\u00e7t\u00fc\u011f\u00fcm\u00fcz zaman onlar\u0131 ay\u0131rt edemeyece\u011fiz.<\/p>\n Gazlar\u0131 birbirinden ay\u0131rt edemeyen deneyci, kar\u0131\u015ft\u0131rma i\u015finden gerekli enerjiyi \u00e7\u0131karamaz. Ara\u015ft\u0131rma g\u00f6steriyor ki kuantum durumunda, gazlar aras\u0131ndaki fark belirlenemese de yine de kar\u0131\u015ft\u0131rma i\u015finden enerji \u00e7\u0131karabilir. Sistem b\u00fcy\u00fcd\u00fc\u011f\u00fc zaman kuantum davran\u0131\u015f\u0131n\u0131n normalde ortadan kalkt\u0131\u011f\u0131 durumu g\u00f6z \u00f6n\u00fcnde bulunduran ara\u015ft\u0131rmac\u0131lar, kuantum g\u00f6zlemcisi sanki gazlar\u0131 klasik bir makroskopik \u0131s\u0131 motorundan tamamen ay\u0131rt edebilmi\u015f gibi t\u00fcm enerjiyi yayabilece\u011fini tespit etti. Bu gazlar\u0131 b\u00fcy\u00fck bir kuantum cihaz\u0131yla kontrol etmek, klasik bir makroskopik \u0131s\u0131 motorundan tamamen farkl\u0131 bir davran\u0131\u015f g\u00f6sterecektir. Bu fenomen mevcut olandan daha fazla bilgiyi kodlayan \u00f6zel s\u00fcperpozisyon durumlar\u0131ndan kaynaklanmaktad\u0131r.<\/p>\n Profes\u00f6r Gerardo Adesso, “Y\u00fczy\u0131ll\u0131k bir ara\u015ft\u0131rmaya ra\u011fmen kuantum mekani\u011finin kalbinde anlayamad\u0131\u011f\u0131m\u0131z ya da bilmedi\u011fimiz \u00e7ok fazla durum var. Umuyoruz ki bu teorik \u00e7al\u0131\u015fmam\u0131z bize filizlenen kuantum termodinamik alan\u0131nda heyecan verici geli\u015fmeler i\u00e7in ilham olur ve bizi, \u015fu anda s\u00fcren kuantumla geli\u015ftirilmi\u015f teknolojiler i\u00e7in devam eden \u00e7abada ileri seviye geli\u015fmeler i\u00e7in harekete ge\u00e7irebilir” a\u00e7\u0131klamalar\u0131nda bulundu.<\/p>\n S\u00fcperpozisyon ve dolan\u0131kl\u0131k gibi ger\u00e7ek kuantum etkileri ile performans\u0131 y\u00fckseltilen ve bir ya da birka\u00e7 atomla ger\u00e7ekle\u015ftirilen kuantum \u0131s\u0131 motorlar\u0131, g\u00fcnl\u00fck \u0131s\u0131t\u0131c\u0131lar\u0131m\u0131z\u0131n ve buzdolaplar\u0131m\u0131z\u0131n mikroskobik versiyonlar\u0131d\u0131r. G\u00fcn\u00fcm\u00fczde, Kuantum Gibbs paradoksunu bir laboratuvarda ger\u00e7ekle\u015ftirildi\u011fini g\u00f6rmek sistem parametrelerinde \u00fczerinde m\u00fckemmel bir kontrol sa\u011flayacak. Bu, ince ayarl\u0131 \u201coptik kafes\u201d sistemlerinde veya Bose-Einstein yo\u011fu\u015fmalar\u0131nda m\u00fcmk\u00fcn olabilir.<\/p>\n