Квантовый пловец никогда не устает

Если Вы когда-либо сокращаетесь к наноразмерному и охлажденному к близкому абсолютному нулю, берете утешение в этом факте: Плавание может быть намного легче. Бригада математических физиков вычислила, что миниатюрные роботы, плавающие в холодной квантовой жидкости, могут продвинуть себя, не теряя энергию.

Теоретики обдумали идею изменяющих форму роботов, корчащихся через вязкую жидкость. Такие исследования обеспечивают понимание тонкостей гидрогазодинамики и могли бы помочь создать реальные плавающие роботы. Но беря более причудливый курс, Джозеф Аврон и Борис Гуткин из Технологического института Техниона-Израиля в Хайфе, Израиль и коллеге решили видеть то, что произошло бы, если бы они сократили воображаемые машины к размеру миллимикрона и отпустили их в суперхолодной жидкости частиц, названных fermions. В том чрезвычайном сценарии fermions, как частицы света, ведут себя как волны.

В модели бригада выдумала, роботы состоят из прямых цепочек сфер и прутов, изменяющих размеры и длины в ритмических образцах — грубая аналогия со стилями плавания. Каждая сфера частично отражает квантовые волны частиц, очень как полупосеребренное зеркало частично отражает свет. Но для определенных комбинаций размеров сферы и длин прута, любопытная вещь происходит. Волны, рассеянные сферами, накладываются и вмешиваются друг в друга для уравновешивания размышлений несколько тем же способом, которым работают отменяющие шум наушники. В таких конфигурациях квантовые волны частиц проходят прямо через робот.

Если робот будет извиваться определенным способом вокруг такой конфигурации, то он передаст волны fermions в одном направлении, выдвигая себя в другом, исследователи вычисляют в предстоящем выпуске Physical Review Letters. С каждым «ударом» пловец перемещает расстояние, равное кратному числу половины типичной длины волны fermions, они находят. В качестве награды квантовая странность позволяет пловцу двигаться, не теряя энергию — любопытный результат, не приводящий к вечному двигателю, потому что пловец не может сделать никакой работы, такой как перевозка квантовой баржи.

Исследователи преследовали анализ, не потому что это было практично, но потому что это концептуально обращалось, говорит Аврон. «Это — вид лицензии, которую может иметь теоретик». Леонид Левитов, теоретический физик в Массачусетском технологическом институте в Кембридже, соглашается: «[Результат] быть красивым причина достаточно того, чтобы сделать работу».

Добавить комментарий