Новости

        Чем точнее часы - тем больше хаоса во вселенной, - ученые

        30 мая 2021 09:29

        Какова цена повышенной точности? Повышенная энтропия, или хаос, - говорят ученые, ведь каждый ход секундной стрелки, каждая миллисекунда, отсчитанная атомными часами, добавляет всемирного беспорядка.

        "Если вы хотите добиться повышенной точности от ваших часов, вам придется за это заплатить, - поясняет автор нового исследования, опубликованного в Physical Review, физик из Оксфорда Наталия Арес. - Ведь каждый раз, измеряя время, вы увеличиваете энтропию вселенной".

        В самом деле, как гласит второй закон термодинамики, если объем и энергия системы постоянны, то любое изменение в системе увеличивает энтропию. Энтропия же определяет линейный ход времени из прошлого, где ее было меньше, в будущее, где она возрастает.

        Такие механизмы, как часы, тоже производят энтропию в виде тепла, выделяющегося в пространство.

        Ранее учеными уже было доказано, что крошечные квантовые часы, в которых охлажденные лазером атомы колеблются с чрезвычайно равными интервалами, создают тем больше энтропии, чем точнее они идут.

        Однако доказать, что более сложные часы с увеличением точности хода также повышают энтропию, до сих пор не представлялось возможным.

        "Часы отчасти похожи на маленькие паровые двигатели: к ним нужно применить усилие, чтобы они показывали время, - поясняет Арес, - но чтобы заставить их тикать, нужно вложиться в производство энтропии".

        Чтобы проверить эту теорию, исследователи создали упрощенные часы в виде мембраны толщиной в 50 нанометров, помещенной между двух планок, заставляющих мембрану вибрировать под воздействием электричества.

        Приняв каждый изгиб мембраны вверх и вниз за один такт, ученые продемонстрировали, что чем сильнее электрический разряд, тем точнее и равномернее идут эти импровизированные часы, но при этом в системе выделяется больше тепла, то есть создается больше энтропии.

        Возможно, если бы часы не производили энтропию, они могли бы с такой же легкостью идти назад, но та же энтропия защищает их от сбоев.

        "Мы пока не можем утверждать это с точностью, но мы обнаружили, что и для обычных, и для квантовых часов существует зависимость между точностью и энтропией", - говорит Арес.

        Помимо чисто практической стороны, позволяющей создавать все более точные приборы, открытие Арес и ее коллег открывает дорогу к применению крупномасштабных законов термодинамики к крошечным наноустройствам.

        "Сегодня мы уже имеет такой контроль над этими устройствами и можем измерять их с такой точностью, что мы буквально заново открываем законы термодинамики, - говорит Арес, - это как новая промышленная революция в наномасштабе".


        Реклама
        Реклама

        ТОП-новости

        Последние новости

        все новости