Физики объяснили странное поведение газа, который не подчиняется законам термодинамики
- Исследователи обнаружили, что квантовый газ не нагревается из-за динамической локализации, что препятствует накоплению энергии.
- Новое исследование создало математическую модель, которая объясняет взаимодействие атомов в квантовом газе, ограничивая его способность поглощать энергию.
Квантовые системы в очередной раз бросают вызов классической физике. Исследователи разобрались, почему особый квантовый газ не нагревается даже тогда, когда в него постоянно "закачивают" энергию. Оказалось, причина кроется во взаимодействии частиц и специфическом квантовом эффекте.
Об этом пишет Gizmodo со ссылкой на соответствующее исследование команды ученых.
Смотрите также Физики перевели тысячи атомов в состояние "кота Шредингера", приблизив квантовый мир к реальности
Почему квантовый газ не нагревается?
В привычном мире все просто: добавляешь энергию – температура растет, об этом мы знаем еще со школьного курса термодинамики. Но в квантовой физике этот закон, похоже, может работать по-другому.
Еще в 2025 году эксперимент Университета Инсбрука показал, что специально подготовленный квантовый газ способен фактически "отказываться" нагреваться даже под воздействием внешних импульсов.
Речь шла о системе из сильно взаимодействующих атомов, которую охладили почти до абсолютного нуля. После этого на нее воздействовали периодическими лазерными импульсами – своеобразными "ударами" энергии. Сначала атомы реагировали, их движение активизировалось, но со временем система неожиданно стабилизировалась: рост энергии прекратился, а вместе с ним и нагрев.
Физики объясняют это явлением динамической локализации. В таких условиях частицы перестают накапливать энергию, даже если внешнее воздействие не исчезает. Это резко контрастирует с классической картиной, где любая "подкачка" энергии в конце концов приводит к нагреву системы до очень высоких температур.
Что нового узнали ученые?
Новое исследование, результаты которого опубликовали в журнале Physical Review Letters, дало микроскопическое объяснение этого эффекта. Ученые создали математическую модель, которая позволяет отследить взаимодействие между отдельными атомами. Именно эти сильные взаимодействия изменяют поведение системы в локальных "решетках", ограничивая способность поглощать энергию.
Модель показала, что существует определенный порог: когда интенсивность внешних импульсов или сила взаимодействия превышает его, система фактически "ломается" с точки зрения энергопоглощения. Она перестает принимать дополнительную энергию – и, соответственно, не нагревается.
Несмотря на важность открытия, новая работа пока что теоретическая. Исследователи признают, что следующий шаг – следующий шаг экспериментально проверить эти расчеты. В то же время модель может объяснить поведение и других квантовых систем, которые иногда демонстрируют отклонения от классических законов термодинамики.
Впрочем, окончательных ответов еще нет. В частности, физики до сих пор не знают, существует ли универсальный порог для разного количества частиц и сохраняется ли эффект локализации в более сложных условиях. Именно эти вопросы будут определять дальнейшие исследования в этой области.