Съвременните технологии позволяват намаляване на системите до такива малки мащаби, че термодинамиката започва да се припокрива с квантовата физика. Тези две теории обаче не се съгласуват добре, тъй като класическите понятия „топлина“ и „полезна работа“ губят яснотата си при миниатюрни размери. Изследователи от Университета в Базел са предложили математически подход, който цели да обедини двете теории.
Екипът е разгледал модел, при който атом е поставен в оптичен резонатор между две огледала. Атомът може да поглъща и излъчва фотони, като отделен лазер постоянно захранва системата с фотони. Светлината напуска резонатора през частично пропускащи огледала, което прави системата дисипативна – тя непрекъснато получава и губи енергия. По този начин атомът функционира като микроскопична „светлинна“ машина.
Преди се е смятало, че цялата енергия, преизлъчена от атома под формата на фотони, е отработена топлина, която се разсейва без полза. Ново проучване обаче показва, че част от тази енергия все още може да бъде използвана за извършване на работа в друга квантова система. Възниква въпросът как да се разграничи излъчването на „топлина“ от „полезна работа“ в квантовото описание и как това се съгласува с класическата термодинамика.
В полукласическия предел, при прехода от квантова механика към класическа физика, атомът остава квантов обект, докато светлината се разглежда като класическа електромагнитна вълна. В този случай е лесно да се определи коя част от енергията е работа и коя е топлина. Ключово е, че резултатите трябва да бъдат съгласувани при прехода от изцяло квантово към полукласическо описание.
Учените са успели математически да демонстрират именно това. Техният подход, който разглежда част от излъчената светлина като работа, позволява лесен преход към полукласическия предел. Изчисленията също така точно прогнозират, че квантовите ефекти намаляват флуктуациите в потока от излъчвани фотони. Тези флуктуации, които обикновено пречат на работата на квантовите устройства, в този случай стават управляеми и могат да бъдат използвани като ресурс, което е полезно за свръхточните измервания в квантовата метрология.
По информация на Kaldata.
