martes, 10 de junio de 2008

La paradoja de Zenón cuántica viola las leyes de la termodinámica.

La paradoja de la flecha de Zenón dice lo siguiente: se lanza una flecha. En cada momento en el tiempo, la flecha está en una posición específica, y si ese momento es lo suficientemente pequeño, la flecha no tiene tiempo para moverse, por lo que está en reposo durante ese instante. Ahora bien, durante los siguientes periodos de tiempo, la flecha también estará en reposo por el mismo motivo. De modo que la flecha está siempre en reposo. La conclusión paradójica sigue inmediatamente: el movimiento es imposible.

De esta paradoja de Zenón toma su nombre el efecto cuántico llamado así, Zenón: una partícula cuántica inestable, si se observa continuamente, no evoluciona. Este es uno de esos aspectos paradójicos de la mecánica cuántica que tanto confunden. Por si fuera poco, está comprobado experimentalmente. Pues bien, un estudio teórico realizado por el Dr. Gershon Kurizki y sus colaboradores del Instituto Weizmann de Israel y publicado en Nature afirma, basándose en este efecto, que simplemente el medir la temperatura de ciertos sistemas cuánticos a intervalos frecuentes puede que cause que estos desobedezcan una ley básica de la termodinámica.

La termodinámica nos dice que la interacción entre una gran fuente de calor (un baño térmico) y un conjunto de sistemas mucho menores debe hacer que éstos (al menos en promedio) vayan acercándose progresivamente al equilibrio térmico. El estudio de Kurizki et al. muestra que los conjuntos de sistemas cuánticos en contacto con un baño térmico presentan una desviación drástica de esta tendencia presuntamente universal.

Sin tener en cuenta para nada esta ley física, el conjunto puede, ¡ojo!, calentarse cuando ya está más caliente que el baño o enfriarse cuando está más frío. Los investigadores anuncian que si la energía de estos sistemas se mide repetidamente, tanto los sistemas como el baño verán cómo su temperatura aumenta o disminuye y que este cambio depende sólo del ritmo de medida, no de los resultados de estas medidas.

¿Cómo pueden explicarse estos efectos de las mediciones cuánticas? Al contrario de las mediciones clásicas, que pueden ser completamente no intrusivas, la medición de los sistemas los desacopla del baño térmico. Este desacoplamiento, seguido por un reacoplamiento de los dos cuando la medición cesa, introduce energía (a expensas del aparato de medida) tanto en los sistemas como en el baño, por lo tanto calentándolos. Cuando esto ocurre en un muy corto espacio de tiempo, los sistemas no se pueden distinguir del baño.

Para periodos de tiempo más largos, el baño y los sistemas comienzan a intercambiar energía como osciladores acoplados (análogos a muelles conectados). Este intercambio de energía causará que los sistemas cuánticos pierdan energía hacia el baño, de esta forma bajando la temperatura de los conjuntos. Dependiendo, por lo tanto, si las mediciones se repiten a intervalos largos o cortos, podemos enfriar o calentar los sistemas.

Los efectos previstos pueden ser la clave para desarrollar nuevos proyectos para calentar y enfriar dispositivos atómicos, moleculares o de estado sólido. Estos proyectos permitirían controles de temperatura ultrarrápidos mediante mediciones ópticas a velocidades extremadamente altas.




Original: http://www.nature.com/nature/journal/v452/n7188/abs/nature06873.html;jsessionid=9481917E9A20B90A31F4567AF0D860A0