|
Часы, защищенные от Второго закона термодинамики
|
|
|
|
Человечество за время своего существования на этой планете прошло долгий путь, и способы, с помощью которых мы отсчитываем время, изменились. Не так давно (с космической точки зрения) элементарные водяные часы считались новаторскими изобретениями, а теперь мы официально отсчитываем секунды, отслеживая крошечные колебания атома цезия. Наш прорыв в субатомный мир за последнее столетие продвинул ученых и инженеров так далеко, что они смогли создать часы, способные безошибочно тикать в течение 300 миллиардов лет.
|
|
|
|
Однако даже законы квантовой физики имеют ограничения. Любая система сопряжена с определенным уровнем неопределенности, и всегда считалось, что если вы хотите создать часы, которые были бы в два раза точнее своих предшественников, вам потребуется затратить в два раза больше энергии. Но теперь международная команда ученых (из Венского университета в Австрии, Университета Чалмерса в Швеции и Мальтийского университета) утверждает, что нашла новое решение для преодоления этого энтропийного предела, по сути, используя две разные временные шкалы — одну с точки зрения квантовой физики, а другую - с точки зрения теории относительности. “эффекты, порождающие энтропию.” Это означает, что при увеличении энтропии возможно экспоненциальное повышение точности, что является маленькой хитростью, которая будет иметь жизненно важное значение для будущих измерений квантовых явлений. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Physics.
|
|
|
|
|
|
|
Чтобы понять, как будут работать такие часы, полезно вернуться к основам и проанализировать структурные компоненты, из которых состоит то, что мы называем часами.
|
|
|
|
“Каждые часы нуждаются в двух компонентах: во—первых, в генераторе временной базы, таком как маятник в маятниковых часах, или даже в квантовом колебании”, - сказал Маркус Хубер, старший автор исследования из Венского университета, в заявлении для прессы. “И, во—вторых, счетчик - любой элемент, который подсчитывает, сколько единиц времени, определенных генератором временной базы, уже прошло”.
|
|
|
|
Благодаря этому “генератору временной базы” часы вовлечены в необратимый процесс, что означает, что они увеличивают энтропию Вселенной. Например, в случае старинных часов маятник выделяет незначительное количество тепла, как и лазеры, которые считывают состояние атома цезия. Именно здесь ученым пришла в голову идея о том, что любые часы с повышенной точностью также увеличивают энтропию в основном в соотношении 1:1 из-за Второго закона термодинамики. Однако новая технология, использующая квантовый перенос, позволяет частице находиться практически везде одновременно, пока она не будет измерена. Это не приводит к появлению энтропии и, по-видимому, является трюком для экспоненциально более точных часов.
|
|
|
|
“Таким образом, мы имеем быстрый процесс, который не вызывает энтропии — квантовый перенос — и медленный, а именно прибытие частицы в самом конце”, - сказал Юрий Миногучи, соавтор исследования из университета Вены, в заявлении для прессы. “Ключевым моментом в нашем методе является то, что одна рука ведет себя исключительно с точки зрения квантовой физики, и только другая, более медленная, на самом деле производит эффект генерирования энтропии”.
|
|
|
|
На данный момент это техническое отступление от второго закона термодинамики носит чисто теоретический характер. Однако авторы отмечают, что эту идею можно было бы проверить с использованием современных сверхпроводящих схем. Если гипотеза подтвердится, то предполагаемые термодинамические пределы нашей способности точно измерять время, в конце концов, могут оказаться вовсе не пределами.
|
|
|
|
Источник
|
