Legile și algoritmii mecanicii cuantice, teoria care descrie lumea particulelor elementare și a atomilor și care este unul din pilaștrii fizicii moderne, au fost aplicate recent, cu succes, în termodinamică și muzică. De la un vibrato perfect la noile calculatoarele cuantice, mecanica cuantică își spune cuvântul.
Mecanica cuantică a luat naștere acum mai bine de 100 de ani, când, pentru explicarea unor fenomene aparent bizare din lumea atomică, au fost introduse „particulele de lumină”, adică fotonii. Ulterior, teoria cuantică s-a îmbogățit și a ajuns să explice o serie întreagă de fenomene din lumea particulelor elementare, precum electronii, dar și din lumea atomilor și a moleculelor. Ba mai mult, fenomenele cuantice stau la baza electronicii moderne, iar în viitor ar putea să ducă la construirea unui nou tip de calculator: calculatorul cuantic, mult mai rapid decât cel actual (cel puțin pentru anumite tipuri de calcule).
În lumea cuantică au loc o serie de fenomene ciudate, care au la bază așa-numita suprapunere de stări. Interpretarea acestor fenomene a generat – și continuă să o facă – o serie de probleme și paradoxuri, precum cel al faimoasei pisici a lui Schrödinger. În timp ce oamenii de știință, dar și filozofii, încearcă să înțeleagă mai bine teoria cuantică și ceea ce ne spune ea despre realitate și Univers, aplicațiile concrete ale mecanicii cuantice continuă să dea roade.
Printre ultimele sale aplicații se numără și demonstrarea principiului al treilea al termodinamicii, dar și realizarea unui vibrato perfect în muzică.
Al treilea principiu al termodinamicii, formulat de Walther Nernst, laureat al premiului Nobel în chimie, ne spune că oricât am încerca să răcim un corp pentru a-l aduce la temperatura de zero grade Kelvin (așa-numitul zero absolut), acest lucru nu este posibil. Ne putem apropia de 0 K, dar niciun sistem nu se poate răci chiar la această temperatură. Am avea nevoie de un timp infinit! Einstein, unul dintre fondatorii mecanici cuantice, cel care a explicat efectul fotoelectric, a intuit că explicația acestui fenomen are legătură cu mecanica cuantică, însă nu a dat o demonstrație concretă.
Iată ca Lluis Masanes și Jonathan Oppenheim de a University College din Londra au publicat recent un articol în Nature Communications în care demonstrează al treilea principiu al termodinamicii cu tehnici matematice folosite în teoria cuantică. Aceasta demonstrație este importantă și pentru realizarea calculatoarele cuantice, în cadrul cărora este nevoie de răcirea cât mai puternică (cât mai aproape de 0K) a componentelor pentru a-l face să funcționeze bine. Va trebui deci să se țină cont de termodinamică atunci când se va construi un calculator cuantic.
A doua aplicație recentă extrem de interesantă a mecanicii cuantice este în domeniul muzical.
Într-un studiu publicat în revista Journal of Mathematics and Music de către o echipă de cercetători conduși de Luwei Yang de la Queen Mary University din, aceștia au aplicat un algoritm cuantic pentru studiul și optimizarea vibratoului. Vibrato este o oscilație ușoară și rapidă în jurul înălțimii reale a unui sunet produs de voce și de instrumentele cu coarde sau electronice. Cel vocal este o modulație a vocii umane (de frecvență, de amplitudine, de spectru) de foarte joasă frecvență. La instrumentele cu coarde acest efect poate fi obținut prin mișcări de oscilație a arcușului. Un vibrato perfect poate îmbunătăți mult calitatea muzicii și genera emoții mai intense ascultătorilor.
Yang și colegii au propus o metodă de măsurare a notelor mult mai precisă decât până acum, metodă inspirată din calcule cuantice. Noua metodă i-ar putea ajuta pe muzicieni să perfecționeze tehnica de vibrato și, implicit, calitatea muzicii.
Teoria cuantică este deci utilă nu doar pentru a înțelege lumea atomică și pentru a avea o electronică modernă, bazată pe tranzistori în siliciu ce funcționează ținând cont de legile mecanicii cuantice, ci este utilă în multe alte domenii, precum muzica.
Între timp, oamenii de știință încearcă, pe de o parte, să înțeleagă mai bine principiile și legile cuantice, pornind chiar de la pisica vie și moartă în același timp (pisica lui Schrödinger), iar pe de alta să aplice legile cuantice pentru construirea calculatorului cuantic dar și pentru studii, deocamdată preliminare, asupra teletransportul cuantic.
