نظرية فيزيائية غريبة تقترح أن الأجسام لديها درجتين حرارة مختلفتين في نفس الوقت!

ظهور مبدأ جديد لعدم التأكد يوضح أنه يمكن تواجد الأجسام الكمية عند درجتي حرارة في نفس ذات الوقت، ألا تلاحظ أن ذلك يشبه تجربة قطة شرودنجر الشهيرة والتي تقول: “أن هناك قطة تتواجد داخل صندوق به عنصر مشع، فهناك احتمال تواجد القطة ميتة أو حية”؟

حاليًا؛ وجد الفيزيائيون تبعًا لجامعة “إكستر” المتواجدة في إنجلترا “Exeter University”، أن الأجسام يمكن تواجدها في درجتي حرارة في نفس الوقت في نفس المستوى الكمي.

في عام 1927، وضح العالم الألماني ورنير هايزينبيرغ “Werner Heisenberg”، أنك عندما تقيس بدقة مكان تواجد جسيم فإن احتمال قياسك لكمية الحركة تكون أقل، والعكس صحيح.
فتعتبر تلك من أشهر القواعد الموجودة الآن باسم (مبدأ عدم التأكد لهايزينبيرغ).
وبنفس الطريقة، عند قياس درجة حرارة جسم بدقة، فاحتمالية معرفة طاقة الجسم تكون أقل، والعكس صحيح، وذلك ما يعتبر له تأثير ضحم في علوم النانو، والتي تدرس الأشياء الأصغر من النانومتر. تلك القاعدة غيرت مبدأ أو طريقة قياس العلماء لدرجات حرارة الأجسام الصغيرة،
مثال: خلايا أشباه الموصلات الصغيرة أو الخلايا المنفردة.
وهذا ما قاله الباحثون في دراسة جديدة نُشرت في يوليو في جريدة (Journal Nature Communications).

في عام 1930، قام العالمان الفيزيائيان “هايزنبرج” و”نيلز بور” بوضع مبدأ عدم التأكد مابين الطاقة ودرجة الحرارة في التدريج الغير كمي، بحيث تقول: أنه إذا كنت تريد قياس درجة حرارة جسم ما، فإنه من الأفضل ومن أكثر الطرق العلمية دقة هي غمسها في حوض مليء بالماء أو ثلاجة مليئة بالهواء البارد، وبذلك يكتسب الجسم درجة حرارة الوسط المحيط، وتلك الظاهرة تعرف بالاتزان الحراري (Thermal equilibrium).

ما يحدث في هذه الظاهرة هو أن هناك تبادل حراري ما بين الجسم والوسط المحيط به، بحيث أن درجة حرارة الجسم تزداد أو تتناقص بكميات صغيرة، وهذا ما يجعل من المستحيل تعريفها بدقة.
وفي الاتجاه الآخر، لقياس درجة الحرارة بدقة عالية لجسم ما، إذًا لابد من عزله، فلذلك لن يستطيع الاتصال أو التبادل في درجات الحرارة مع أي وسط أو جسم آخر، ولكن لاحظ أنه من غير المبرد لن تستطيع قياس درجة حرارته، ذلك القصور يجعل من درجة حرارة الجسم غير مؤكدة.

إن الأشياء تصبح أكثر غرابة كلما اقتربت من المقياس الكمي!
إن كان الثرمومتر لديه طاقة تستمر في الارتفاع والانخفاض، فإنها مازالت يمكن أن تُعرف أو تُقارن بمدى صغير في التغير.
ولكن ذلك ليس صحيحًا على المستوى الكمي، بحيث أن هناك بحث جديد يوضح أن ذلك كله نتيجة “قطة شرودنجر”، وبقولها أن إحتمالية موت القطة وبقائها على قيد الحياة في ذات الوقت، وهو وما يعرف بالتراكب (superposition). الباحثون الذين استخدموا الرياضيات توقعوا إلى أي مدى يؤثر ذلك التراكب بقياسات درجات الحرارة في الأجسام الكمية، وذلك ما ظهر في كتاب Wacky Physics: The Coolest Little Particles in] Nature].

في الحالة الكمية، فإن الثرمومتر الكمي سوف يكون في حالة تراكب مع مستويات الطاقة التلقائية.
“هاري ميلر Harry Miller”، هي واحدة من العلماء الفيزيائين من جامعة إكسيتر تحت اسم “Exeter University” والتي طورت القاعدة الجديدة تقول: “السبب وراء ذلك التغير البسيط هو أن الثرمومتر لم يعد يقيس درجات الحرارة بدقة، وفي عالمنا؛ ربما يقول لنا الثرموميتر أن درجة حرارة الجسم تقع مابين °31 و°32 (Fahrenheit).
ولكن في العالم الكمي؛ يقول لنا الثرمومتر أن درجة حرارة الجسم هي درجتي الحرارة في ذات الوقت، وأنه يجمع بين عدة قياسات في آن واحد، فإن هذا يؤكد مبدأ عدم اليقين في درجات الحرارة التي يمكن قياسها.” ذلك مانفهمه من مبدأ عدم التأكد لتلك النظرية الكمية الغريبة.

نتيجة التفاعل ما بين الأجسام في المقياس الكمي تؤدي إلى عملية التراكب بين درجات الحرارة، ولكن النظرية القديمة تتجاهل ذلك التأثير؛ لأن ذلك غير مؤثر على الأجسام الغير كمية.
ولكن من المهم جدًا، عند محاولة لقياس درجة حرارة جسم في المستوى الكمي، وذلك ما أنشأ الإطار النظري لتلك التفاعلات مما جعل للنظرية الجديدة لمبدأ عدم التأكد يؤخذ في الحسبان. بحيث أنها تساعد أي أحد يريد أن يصمم تجربة لقياس الاختلافات في درجات الحرارة للأجسام تحت المقياس النانومتري. أوضحت ميلر (Miller) أن نتائج تلك النظرية تخبرهم بالضبط مدى دقة ذلك التصميم”.

 

المصدر

 

كتابة: الاء حمدي

مراجعة: احمد مغربي

تحرير: اسراء وصفى

تصميم: مها محمد