Presnejšie hodiny rozpútajú viac neporiadku vo vesmíre, tvrdia fyzici

(allanswart/Getty Images)

Aká je cena presných hodín? Entropia, odhalila nová štúdia.

Entropia – alebo neporiadok – sa vytvára zakaždým, keď hodiny tikajú. Teraz vedci pracujúci s malými hodinami dokázali jednoduchý vzťah: Čím presnejšie hodiny bežia, tým väčšiu entropiu generujú.

„Ak chcete, aby boli vaše hodiny presnejšie, musíte za to zaplatiť,“ povedala pre Live Science spoluautorka štúdie Natalia Ares, fyzička z Oxfordskej univerzity. 'Zakaždým, keď meriame čas, zvyšujeme entropiu vesmíru.'



Súvisiace: Tajomná fyzika 7 každodenných vecí

Keď ideme vpred v čase, druhý termodynamický zákon hovorí, že entropia systému sa musí zvýšiť. Entropia, známa ako „šípka času“, je jednou z mála veličín vo fyzike, ktorá nastavuje čas, aby sa uberal konkrétnym smerom – z minulosti, kde bola entropia nízka, do budúcnosti, kde bude vysoká.

Táto tendencia rastu neporiadku vo vesmíre vysvetľuje veľa vecí, napríklad prečo je jednoduchšie zmiešať ingrediencie, ako ich oddeliť, alebo prečo sa káble slúchadiel tak zložito zamotávajú do vreciek nohavíc. Je to tiež vďaka tejto rastúcej poruche, že entropia je tak úzko spätá s naším zmyslom pre čas.

Slávna scéna z románu Kurta Vonneguta Bitúnok-päť demonštruje, ako rozdielne sa vďaka entropii pozerá jeden smer času na druhý tým, že hrá druhú svetovú vojnu v opačnom poradí: Z ranených mužov vysávajú guľky; ohniská sa zmenšujú, zbierajú do bômb, ukladajú do úhľadných radov a rozdeľujú do zložených minerálov; a obrátená šípka času ruší vojnový chaos a devastáciu.

Toto intímne spojenie medzi časom a entropiou fascinuje vedcov už desaťročia. Stroje, ako sú hodiny, tiež produkujú entropiu vo forme tepla rozptýleného do svojho okolia.

Fyzici boli schopní dokázať, že malé kvantové hodiny – druh atómové hodiny ktorý využíva laserom chladené atómy, ktoré skáču vo veľmi pravidelných intervaloch – čím presnejšie meria čas, tým vzniká väčší neporiadok.

Ale až doteraz bolo veľmi ťažké dokázať, že väčšie, mechanicky zložitejšie hodiny vytvárajú tým väčšiu entropiu, čím sú presnejšie, aj keď táto myšlienka teoreticky znie dobre.

„Hodiny sú istým spôsobom ako malé parné stroje – musíte do nich vložiť prácu, aby ste zmerali čas,“ povedal Ares, kde „práca je prenos energie potrebný na spustenie mechanických zariadení, ako sú hodiny.

„Aby ste dostali ten pravidelný tik, tik, tik, musíte uviesť stroj do chodu. To znamená, že musíte investovať do produkcie entropie.“

Na otestovanie tejto myšlienky výskumníci postavili zjednodušené hodiny tvorené 50 nanometrami hrubej a 1,5 milimetra dlhej membrány natiahnutej medzi dva malé stĺpiky, ktoré rozvibrovali pulzmi elektriny.

Počítaním každého ohybu nahor a nadol ako tikania tím ukázal, že výkonnejšie elektrické signály spôsobili, že hodiny tikali pravidelnejšie a presnejšie, ale za cenu pridania väčšieho množstva tepla – a teda aj väčšej entropie – do systému.

Vidieť tento vzťah medzi entropiou a presnosťou, ktorý sa odohráva v zariadení oveľa väčšom ako kvantové hodiny, dalo vedcom istotu, že ich zistenia by mohli byť univerzálne.

Možno, ak by hodiny neprodukovali žiadnu entropiu, bolo by rovnako pravdepodobné, že budú bežať dozadu ako dopredu, a čím viac entropie generujú, tým viac sú chránené pred zadrhávaním a spätnými výkyvmi.

'Ešte to nevieme s istotou, ale to, čo sme zistili - pre naše hodiny aj pre kvantové hodiny - je, že medzi presnosťou a entropiou existuje proporcionálny vzťah,' povedal Ares. Nemusí to byť vždy lineárny vzťah pre iné hodiny, ale zdá sa, že presnosť je ohraničená zákonmi termodynamika .'

Vedci okrem toho, že budú užitočné pri navrhovaní hodín a iných zariadení v budúcnosti, považujú svoje zistenia za položenie základov pre ďalšie skúmanie toho, ako zákony termodynamiky aplikovať na malé nanozariadenia.

'Teraz máme takú veľkú kontrolu nad týmito malými zariadeniami a sme schopní ich merať s takou presnosťou, že znovu objavujeme termodynamiku v úplne novom meradle.' povedal Ares. 'Je to ako priemyselná revolúcia v nanoúrovni.'

Výskumníci zverejnili svoje zistenia 6. mája v časopise Fyzický prehľad X .

Súvisiaci obsah:

Najväčšie nevyriešené záhady fyziky

18-krát vyfúklo našu myseľ kvantové častice

Čo je to? Vaše otázky z fyziky sú zodpovedané

Tento článok pôvodne publikoval Živá veda . Prečítajte si pôvodný článok tu .

O Nás

Publikácia Nezávislých, Osvedčených Skutočností O Správach O Zdraví, Priestore, Prírode, Technológii A Životnom Prostredí.