Точность часов может быть связана с энтропией, которую они создают.
Click to viewСамые современные современные часы держат время в невероятно точном ритме. Но новый эксперимент показывает, что точность часов имеет свою цену: энтропия.
Энтропия, или беспорядок, создается каждый раз, когда тикают часы. Теперь ученые измерили энтропию, генерируемую часами, которые могут работать с разной степенью точности. Чем точнее тикают часы, тем больше энтропии они излучают, сообщают физики в статье, принятой в Physical Review X.
“Если вы хотите лучшие часы, вы должны заплатить за это”, - говорит физик Наталья Арес из Оксфордского университета.
Время и энтропия-понятия тесно переплетенные. Энтропия известна как “стрела времени”, потому что энтропия имеет тенденцию расти с течением времени - вселенная, кажется, последовательно движется от более низкой энтропии к более высокой энтропии. Это движение к увеличению энтропии объясняет, почему некоторые процессы могут идти вперед во времени, но не в обратном направлении: легко смешать сливки в кофе, но чрезвычайно трудно отделить его снова. Машины также увеличивают беспорядок, когда они работают, например, выделяя тепло, которое увеличивает энтропию их окружения. Это означает, что даже стандартные часы на батарейках производят энтропию, когда они тикают.
Физики ранее подсчитали, что для крошечных квантовых часов существует прямая зависимость между максимально возможной точностью их тиков и количеством испускаемой энтропии. Но большие часы слишком сложны для таких вычислений. Поэтому было неясно, справедливо ли такое правило и для других типов часов.
Чтобы проверить, сколько энтропии высвобождается при тиканье упрощенных часов, Арес и его коллеги сделали часы из тонкой мембраны толщиной в десятки нанометров и длиной в 1,5 миллиметра, подвешенной на двух стойках. Электрический сигнал, посланный в часы, толкнул мембрану, заставляя ее изгибаться вверх и вниз. Это изгибное движение повторялось через равные промежутки времени, как равномерное тиканье часов, и антенна регистрировала это движение. Чем мощнее был электрический сигнал, тем точнее тикали часы. И по мере того, как точность часов возрастала, энтропия - результат тепла, выделяемого в контуре антенны, - увеличивалась в такт.
Этот результат предполагает, что теоретическое соотношение для квантовых часов также применимо к другим типам часов. “Приятно иметь это”, - говорит физик Хуан Паррондо из Мадридского университета Комплутенсе, который не принимал участия в исследовании. - В чем я не уверен, так это в том, насколько универсален этот тип отношений, который они находят.” Исследователи изучали только одну разновидность часов. По словам Паррондо, пока неясно, применима ли связь между точностью и энтропией к часам в более общем плане.
Но некоторые ученые подозревают, что эта связь может быть универсальной, раскрывая фундаментальный аспект функционирования часов. Новое исследование “подтолкнуло бы нас еще больше в этом направлении”, говорит квантовый физик Ральф Сильва из ETH Zurich, который не принимал участия в исследовании. “Это точка данных в пользу того, что это, вероятно, относится ко всем часам. Но это не доказано.”
Для того чтобы часы работали надежно, они должны пройти процесс, который имеет предпочтительное направление во времени. Если бы часы не создавали энтропию, они с такой же вероятностью двигались бы вперед, как и назад. И чем больше энтропии создают часы, тем меньше вероятность того, что часовой механизм будет страдать от флуктуаций - временных шагов назад, которые ухудшат его точность.
Таким образом, если точность всех часов достигается ценой увеличения энтропии, этот компромисс может отражать тесную связь между течением времени и его измерением.
https://www.sciencenews.org/article/clock-time-accuracy-entropy-disorder