Quantenphysik: “Zeitpfeil” in Experiment umgekehrt

Dinge erwärmen sich nicht mit der Zeit von selbst (ohne Energiezufuhr von außen), was im Grunde jeder aus der Erfahrung im Alltag kennt, das besagt auch der zweite Hauptsatz der Thermodynamik, in der Natur “bewegen” sich Dinge immer nur in eine Richtung, und zwar hin zu steigender Entropie (Unordnung), doch das gilt offenbar, wie so vieles, nicht auf Quantenebene. Forscher konnten nämlich nun in einem Experiment nachweisen, dass sich dieser “thermodynamische Zeitpfeil” bei korellierten Quantenpartikeln umkehren lässt. Dabei konnten sie beobachten, dass Wärme zwischen korellierten Partikeln vom kalten zum warmen System floß, statt umgekehrt.

Das Ganze funktioniert allerdings wirklich nur zwischen korellierten Partikeln (ähnlich der Quantenverschränkung, nur eine etwas schwächere Verbindung), was bei größeren Objekten unmöglich ist. Bei dem Experiment nutzten die Forscher Chloroform-Moleküle, welche sich aus Kohlenstoff-, Wasserstoff- und Chloratomen zusammensetzen, bei denen sie dafür sorgten, dass jeweils die Temperatur des Wasserstoff-Atomkerns höher war als die des Kohlenstoff-Kerns. Während diese nicht korelliert waren floß die Wärme wie erwartet von warm zu kalt, sobald die beiden jedoch stark genug korelliert waren floß die Wärme in die umgekehrte Richtung, also der warme Atomkern wurde noch wärmer und der kalte noch kälter. Diese Entdeckung widerspricht aber übrigens nicht dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik da diese von nicht-korellierten Systemen ausgeht.

Um einmal etwas anschaulicher zu erklären, um was es bei diesem Experiment und dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik genau geht, man stelle sich vor, man lässt ein Glas fallen und es zersplittert, es geht also von einem geordneten in einen ungeordneten Zustand (die Entropie steigt) über, die umgekehrte Richtung, also das zersplitterte Glas wieder in seinen alten Zustand zu versetzen, ist praktisch unmöglich, genauso wie z.B. eine Tasse Kaffee, die einem vielleicht nicht mehr heiß genug ist, nicht wieder heißer wird, wenn man sie in eine Schüssel mit Eiswürfeln stellt, im Gegenteil, der Kaffee würde kälter und die Eiswürfel schmelzen, auf Quantenebene jedoch wäre genau das möglich, vorausgesetzt der Kaffee und die Eiswürfel sind entsprechend miteinander verbunden (korelliert).

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