El extraño fenómeno de la física sugiere que los objetos pueden tener dos temperaturas a la vez
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El famoso experimento mental conocido como el gato de Schrödingerimplica que un gato en una caja puede estar muerto y vivo al mismo tiempo, un fenómeno extraño que es una consecuencia de la mecánica cuántica.
Ahora, los físicos de la Universidad de Exeter en Inglaterra han descubierto que un estado similar de limbo puede existir para las temperaturas: los objetos pueden ser dos temperaturas al mismo tiempo a nivel cuántico. Esta extraña paradoja cuántica es la primera relación de incertidumbre cuántica completamente nueva que se formulará en décadas.
Un nuevo principio de incertidumbre sostiene que los objetos cuánticos pueden estar a dos temperaturas a la vez, que es similar al famoso experimento de pensamiento felino de Schrödinger, en el que un gato en una caja con un elemento radiactivo puede estar vivo y muerto.
Crédito: ShutterstockEl otro principio de Heisenberg
En 1927, el físico alemán Werner Heisenberg postuló que cuanto más precisamente se mida la posición de una partícula cuántica, con menor precisión se puede conocer su momento, y viceversa, una regla que se convertiría en el ahora famoso principio de incertidumbre de Heisenberg
La nueva incertidumbre cuántica, que afirma que cuanto más precisa sea la temperatura, menos se puede decir sobre la energía, y viceversa, tiene grandes implicaciones para la nanociencia, que estudia objetos increíblemente pequeños, más pequeños que un nanómetro. Este principio cambiará la forma en que los científicos miden la temperatura de elementos extremadamente pequeños, como puntos cuánticos, pequeños semiconductores o células individuales, dijeron los investigadores en el nuevo estudio, que se publicó en junio en la revista Nature Communications.
En la década de 1930, Heisenberg y el físico danés Niels Bohr establecieron una relación de incertidumbre entre la energía y la temperatura en la escala no cuántica. La idea era que, si querías saber la temperatura exacta de un objeto, la mejor y más precisa forma científica de hacerlo sería sumergirlo en un "depósito", por ejemplo, una tina de agua o una nevera llena de aire frío - con una temperatura conocida, y permita que el objeto se convierta lentamente en esa temperatura. Esto se llama equilibrio térmico.
Sin embargo, ese equilibrio térmico es mantenido por el objeto y el depósito intercambiando energía constantemente. La energía en su objeto sube y baja en cantidades infinitesimales, lo que hace que sea imposible definir con precisión. Por otro lado, si quisieras saber la energía precisa en tu objeto, tendrías que aislarlo para que no pudiera entrar en contacto e intercambiar energía con cualquier cosa. Pero si lo aisló, no sería capaz de medir su temperatura con precisión utilizando un depósito. Esta limitación hace que la temperatura sea incierta .
Las cosas se vuelven más extrañas cuando vas a la escala cuántica.
"En el caso cuántico, un termómetro cuántico ... estará en una superposición de estados de energía simultáneamente", dijo a Live Science Harry Miller, uno de los físicos de la Universidad de Exeter que desarrolló el nuevo principio. "Lo que encontramos es que debido a que el termómetro ya no tiene una energía bien definida y en realidad está en una combinación de diferentes estados a la vez, esto en realidad contribuye a la incertidumbre en la temperatura que podemos medir".
En nuestro mundo, un termómetro puede decirnos que un objeto está entre 31 y 32 grados Fahrenheit (menos 0.5 y cero grados Celsius). En el mundo cuántico, un termómetro puede decirnos que un objeto son ambas temperaturas al mismo tiempo . El nuevo principio de incertidumbre explica esa rareza cuántica.
Las interacciones entre objetos en la escala cuántica pueden crear superposiciones y también crear energía. La antigua relación de incertidumbre ignoró estos efectos, porque no importa para los objetos que no son cuánticos. Pero importa mucho cuando se trata de medir la temperatura de un punto cuántico, y esta nueva relación de incertidumbre constituye un marco teórico para tener en cuenta estas interacciones.
El nuevo documento podría ayudar a cualquiera que esté diseñando un experimento para medir los cambios de temperatura en objetos por debajo de la escala del nanómetro, dijo Miller. "Nuestro resultado les va a decir exactamente cómo diseñar con precisión sus sondas y les dirá cómo dar cuenta de la incertidumbre cuántica adicional que obtiene".
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