Sciencemag.cz
Doporučujeme
Mnohokrát zkoumaný Mpembův jev aneb otázka Může teplá voda za určitých podmínek zmrznout dřív? Celá kauza má velice dlouhou historii (zmiňuje již Aristoteles), protichůdné výsledky, uvádějí se i různé zcela praktické případy využití (výroby zmrzliny, příprava ledového kluziště – vodu nejdříve zahřejte atd.).
I když u samotné vody jsou výsledky nejednoznačné a vysvětlení různá, jinde je snad obdobný jev dokumentován spolehlivě (chování některých tavenin slitin, koloidních roztoků…). Teplotní závislost (rychlost přenosu) se řídí počátečními podmínkami systému. Též se vše někdy označuje jako relaxační jev. (Samozřejmě tím, že věc nazveme, ji ještě nevysvětlíme.)
Až dosud ale skoro nikdo nezkoumal podobný jev v kvantových systémech. Tým vědců z Kyoto University a Tokyo University of Agriculture and Technology nyní ukázal, že kvantovou verzi Mpembova jevu lze realizovat v široké škále počátečních podmínek. I kvantové systémy si mohou zapamatovat počáteční podmínky a v závislosti na nich pak vykazovat anomálie v příslušném chování (přenosu tepla). Výsledky byly publikovány ve Physical Review Letters.
Vědci připravili dva systémy s kvantovými tečkami připojenými k tepelné lázni, jeden s protékajícím proudem a druhý v rovnovážném stavu. Jak uvádí průvodní tisková zpráva: „Oba systémy byly ochlazeny do nízkoteplotního rovnovážného stavu, což týmu umožnilo sledovat jejich časový vývoj směrem k ustálenému stavu, pokud jde o operátor (matrix) hustoty, energii, entropii a právě teplotu.“ Před dosažením stejného rovnovážného stavu opravdu jeden systém z hlediska vývoje teploty ten druhý „předběhl“. Původně teplejší část se stala chladnější (a pochopitelně i naopak :-)). Navíc jev fungoval pro širokou škálu počátečních podmínek (volitelných parametrů), ať už jde teploty zásobníků nebo chemické potenciály.
Prý je čas se zamyslet i nad možným praktickým využitím kvantového Mpembova jevu.
Amit Kumar Chatterjee et al, Quantum Mpemba Effect in a Quantum Dot with Reservoirs, Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.080402
Poznámka PH:
Samotné mrznutí vody si může každý vyzkoušet sám. Mně (ve jednoduché verzi se dvěma hrníčky) nikdy nefungovalo, teplejší voda nemrzla dřív. Což i celkem dává smysl, kdyby to fungovalo pokaždé, nepokládáme to za nic sporného (i když za paradoxní jistěže ano).
