Съвременните най-модерни часовници измерват времето с невероятно точен ритъм. Но нов експеримент предполага, че точността на часовниците има своята цена: ентропията.
Тиктакайки, часовниците освобождават неподредост или ентропия. Сега учените измерват ентропията, генерирана от часовник, който може да работи с различни нива на точност. Колкото по-точно тиктака часовникът, толкова повече ентропия освобождава, съобщават физиците в доклад, приет в Physical Review X.
„Ако искате по-добър часовник, трябва да платите за това“, отбелязва физикът Наталия Арес (Natalia Ares) от Оксфордския университет.
Времето и ентропията са тясно преплетени понятия. Ентропията е известна като „стрелата на времето“, тъй като ентропията има тенденция да расте с течение на времето - изглежда, Вселената постоянно се движи от по-ниска ентропия към по-висока ентропия. Тази тенденция към увеличаване на ентропията обяснява защо някои процеси се движат напред във времето, но не и обратно: Лесно е да разтворим захарта в кафето, но много по-трудно да ги разделим отново. Докато работят, машините също така увеличават ентропията например като отделят топлина, която повишава ентропията на заобикалящата ги среда. Това означава, че дори стандартен часовник, захранван от батерии, тиктакайки създава ентропия.
Физиците са изчислили, че за малките квантови часовници има пряка връзка между максимално възможната точност на техните тиктакания и количеството излъчена ентропия. Но по-големите часовници са твърде сложни за такива изчисления. Така че не е ясно дали такова правило може да се приложи и за други видове часовници.
За да проверят колко ентропия се освобождава при цъкането на опростен часовник, Арес и колегите му изработват часовник от тънка мембрана, дебела десетина нанометра и дълъг 1,5 милиметра, окачени на два стълба. Електрически сигнал, изпратен в часовника, блъска мембраната, карайки я да се огъва нагоре-надолу. Това огъващо движение се повтаря на равни интервали, като постоянните отметки на часовника, и антена регистрира това движение. Колкото по-мощен е електрическият сигнал, толкова по-точно отмерва времето часовникът. И тъй като точността на часовника се увеличава, ентропията - резултат от топлината, произведена във веригата на антената - се увеличава синхронно.
Този резултат предполага, че теоретичната връзка за квантовите часовници се отнася и за други видове часовници.
„Хубаво е да разполагаме с този резултат“, коментира физикът Хуан Парондо (Juan Parrondo) от Университета Комплутенсе в Мадрид, който не е участвал в проучването. „Това, в което не съм толкова сигурен, е колко универсален е този тип връзка“.
Изследователите са проучили само един тип часовници. Все още не е ясно дали връзката между точността и ентропията се отнася за всички часовници, отлелязва Парондо.
Илюстрацията е на филипинския сюрреалист Norvz Austria
Но някои учени подозират, че връзката може да е универсална, разкривайки основен аспект на това как функционират часовниците. Новото изследване „ще ни тласне още повече в тази посока“, подчертава квантовият физик Ралф Силва (Ralph Silva) от ETH Цюрих, който също не е участвал в изследването. „Вероятно е така за всички часовници. Но не е доказано".
За да може часовникът да работи надеждно, той трябва да претърпи процес, който има предпочитана посока във времето. Ако часовникът не създаваше ентропия, би било също толкова вероятно да върви както напред, така и назад. И колкото повече ентропия създава часовникът, толкова по-малка е вероятността часовниковият механизъм да е засегнат от колебания - временни стъпки назад, които биха влошили точността му.
Така че, ако точността на всички часовници се дължи на повишена ентропия, този компромис може да отразява тясна връзка между изтичането на времето и неговото измерване.
Справка: A.N. Pearson et al. Measuring the thermodynamic cost of timekeeping. Physical Review X. In press, 2021.
Източник: A clock’s accuracy may be tied to the entropy it creates, Science News
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
11110
1
29.04 2021 в 22:25
Последни коментари