Toda primavera, um portal se abre entre Waltham, Massachusetts e outro universo. 

O outro universo tem uma Watch City dupla com Waltham, conhecida por suas fábricas de relógios. As cidades lançam um festival a que se dirigem exploradores, inventores e turistas. Cartolas, óculos de proteção, coletes de couro, anquinhas e botas de amarrar pontilham a multidão. Você pode encontrar octopodes de estimação, híbridos de homem-máquina e dispositivos para dobrar o espaço e o tempo. O vapor alimenta tudo.

Assista ao City Steampunk Festival

Então eu aprendi graças a Maxim Olshanyi, professor de física na Universidade de Massachusetts em Boston. Ele hospedou meu colóquio"Quantum steampunk: informação quântica encontra termodinâmica”, no início deste mês. Maxim, descobri, tem mais experiência steampunk do que eu. Ele desenterra designs de rádios centenários, constrói os rádios e aprimora os designs. Ele exibe suas criações no Watch City Steampunk Festival.

Maxim Olshanyi

Eu nunca teria imaginado que Maxim fazia luar com steampunkers. Mas seu hobby faz sentido: Maxim transformou nossa compreensão da integrabilidade quântica.

A integrabilidade está para a termalização assim como Watch City está para Waltham. Uma tigela de feijões cozidos termaliza quando levada para fora em Boston em outubro: o calor se dissipa no ar. Depois de meia hora, as propriedades em grande escala carregam pouca marca de suas condições iniciais: os grãos podem ter começado a 112ºF ou 99º ou 120º. De qualquer forma, o feijão esfriou.

Os sistemas integráveis ​​evitam a termalização; mais de suas propriedades tardias refletem os primeiros tempos. Por quê? Podemos entender através de um exemplo, um sistema integrável cujas partículas não interagem entre si (cujas partículas são férmions não interativos). A dinâmica conserva os momentos das partículas. Considere aumentar o sistema adicionando partículas. O número de quantidades conservadas cresce conforme o tamanho do sistema. As quantidades conservadas retêm memórias das condições iniciais.

Imagine preparar um sistema integrável, analogamente a preparar uma tigela de feijão cozido, e deixá-lo descansar por um longo tempo. O sistema se equilibrará ou se estabelecerá em um estado previsível com uma regra simples? Podemos esperar que não. Obedecer à mesma regra simples faria com que diferentes sistemas integráveis ​​se assemelhassem. Sistemas integráveis ​​parecem improváveis ​​de homogeneizar, uma vez que cada sistema retém muita informação sobre suas condições iniciais.

Maxim e colaboradores explodiu essa expectativa. Os sistemas integráveis ​​relaxam para estados de equilíbrio simples, que os físicos chamam de conjunto de Gibbs generalizado (GGE). Josias Willard Gibbs cofundou a mecânica estatística durante o século XIX. Ele previu o estado em que os sistemas não integráveis, como feijões cozidos na Boston outonal, se equilibram. A teoria de Gibbs governa sistemas clássicos, como feijões cozidos, assim como a teoria GGE. Mas também os sistemas quânticos se equilibram com o GGE, e as conclusões de Gibbs se traduzem em teoria quântica com poucos ajustes. Vou explicar em termos quânticos.

Considere feijões cozidos quânticos que trocam calor com uma temperatura meio Ambiente. Deixar denota o sistema Hamiltoniano, que basicamente representa a energia do feijão. Os feijões se equilibram a um estado quântico de Gibbs, . O denota a constante de Boltzmann, uma constante fundamental da natureza. A função de partição permite que o estado quântico obedeça à teoria da probabilidade (normaliza o estado).

Maxim e seus amigos modelaram seu conjunto de Gibbs generalizado no estado de Gibbs. Deixar denotam um sistema integrável quântico quantidade conservada. Este sistema equilibra . O normaliza o estado. Os parâmetros intensivos servem de forma análoga à temperatura e dependem dos valores das grandezas conservadas. Maxim e seus amigos previram esse estado usando a teoria da informação formalizada por Ed Jaynes. Ao inventar o GGE, eles revelaram uma série de previsões sobre sistemas quânticos integráveis. 

Um rádio construído pela Maxim. Segundo ele, “a invenção consistia em substituir um diodo por uma ponte de diodos, em um rádio de cristal, ganhando assim um fator de dois na potência de saída”.

Eu defino steampunk quântico como a interseção da teoria quântica, especialmente a teoria da informação quântica, com a termodinâmica e a aplicação dessa interseção na ciência. Maxim usou a teoria da informação para fundar um ramo da mecânica estatística quântica. Não é de admirar que ele exiba rádios caseiros no Watch City Steampunk Festival. Ele também possui uma licença para dirigir máquinas a vapor e costumava ter minha posição de pós-doutorado. Eu aprecio ter primos mais velhos para admirar. Espero que eu me torne metade do steampunker quântico que encontrei na Baía de Massachusetts.

Agradecimentos a Maxim e ao restante do Departamento de Física de Boston da Universidade de Massachusetts por sua hospitalidade.

O próximo Festival Steampunk de Watch City acontecerá em 9 de maio de 2020. Entre em contato comigo se quiser participar de um encontro de steampunk quântico!

Fonte: https://quantumfrontiers.com/2019/10/27/the-quantum-steampunker-by-massachusetts-bay/