Квантовый эффект Мпембы: горячее остывает быстрее ✛ ✦

Оригинал: "Quantum tunneling Mpemba effect"
· Hisao Hayakawa, Satoshi Takada
arXiv:2607.03845 · 2026-07-04 · CC0 1.0 · 1 мин
Как вода из дырявого ведра: в квантовом мире горячие частицы утекают быстрее холодных.

В квантовом мире эффект Мпембы — горячее остывает быстрее холодного — работает как дырявое ведро: частица-«вода» утекает сквозь невидимые щели в стенках. Чем выше температура, тем сильнее она «плещется» и быстрее находит лазейки. Двойственная природа позволяет ей превращаться в волну и проходить сквозь преграды, а размытость — перебирать все возможные маршруты одновременно. Добравшись до поглощающей границы, частица схлопывается в одну точку, подобно процессу измерения, и исчезает. Секрет в взаимодействии с окружением: контакт со стенкой разрушает её квантовые свойства. Математически это описывает уравнение Шрёдингера с добавками из теории поля и квантовой информатики. Эксперимент планируют провести на ультрахолодном облаке атомов методами, восходящими к фон Нейману.

Классический эффект Мпембы зависит от формы чашки, а квантовый — нет. Отодвиньте стенки ловушки до горизонта: нагретая частица всё равно утечёт первой. Энергия здесь квантована — словно у воды в ведре есть лишь фиксированные напоры, и расстояние до края их не меняет.

i\hbar \frac{\partial \psi}{\partial t} = \left( -\frac{\hbar^2}{2m} \frac{\partial^2}{\partial x^2} + V(x) - i W(x) \right) \psi
Временная эволюция волновой функции под действием эффективного гамильтониана, где W(x) моделирует поглощение на границах.
S(t,T_i) = \sum_{k} a_k(T_i) e^{-\Gamma_k t}
Вероятность найти частицу внутри системы в момент времени t для начальной температуры T_i; a_k — спектральные коэффициенты, Γ_k — скорости распада.
Учёные
George GamowLeo EsakiJohn Stewart BellRichard FeynmanJohn ClauserAnton Zeilinger
Понятия
квантовый эффект Мпембы туннельный эффект тепловое равновесие квантовые явления замерзания инстантон топологический переход второй закон термодинамики неадиабатический переход теорема Белла топологическая защита туннельный переход золотое правило Ферми теорема Глисона термическое контактное сопротивление неравенство Белла универсальность статистика Ферми — Дирака джозефсоновский ток тепловое состояние квантовое блуждание