يقول العلماء إن الساعات الأكثر دقة قد تضيف المزيد من الاضطراب إلى الكون

بالعربي/ قد تأتي الدقة بتكلفة.

ما هو سعر الساعة الدقيقة؟ كشفت دراسة جديدة الانتروبيا .

يتم إنشاء الانتروبيا – أو الاضطراب – في كل مرة تدق فيها الساعة. الآن أثبت العلماء الذين يعملون بساعة صغيرة وجود علاقة بسيطة: كلما زادت دقة تشغيل الساعة ، زاد إنتروبياها. 

قالت المؤلفة المشاركة في الدراسة ناتاليا آريس ، عالمة الفيزياء بجامعة أكسفورد ، لـ Live Science: “إذا كنت تريد أن تكون ساعتك أكثر دقة ، فعليك أن تدفع ثمنها”. “في كل مرة نقيس فيها الوقت ، نزيد الكون الكون “.

مع تقدمنا ​​في الزمن ، ينص القانون الثاني للديناميكا الحرارية على أن إنتروبيا النظام يجب أن تزداد. تُعرف الإنتروبيا باسم “سهم الوقت” ، وهي واحدة من الكميات القليلة في الفيزياء التي تحدد الوقت للذهاب في اتجاه معين – من الماضي ، حيث كانت الإنتروبيا منخفضة ، إلى المستقبل ، حيث ستكون عالية. 

يفسر هذا الميل إلى نمو الاضطراب في الكون العديد من الأشياء ، مثل سبب سهولة خلط المكونات معًا بدلاً من فصلها ، أو سبب تشابك أسلاك سماعات الرأس معًا بشكل معقد في جيوب السراويل. ومن خلال هذا الاضطراب المتنامي أيضًا ، ترتبط الأنتروبيا ارتباطًا وثيقًا بإحساسنا بالوقت. يوضح مشهد شهير في رواية “Slaughterhouse-Five” لكورت فونيغوت كيف تجعل الأنتروبيا اتجاهًا مختلفًا من الوقت ينظر إلى الآخر من خلال لعب الحرب العالمية الثانية في الاتجاه المعاكس: يتم امتصاص الرصاص من الرجال الجرحى ؛ يتم تقليص الحرائق وتجميعها في قنابل ومكدسة في صفوف مرتبة ومنفصلة إلى معادن مركبة ؛ وسهم الوقت المعكوس يزيل الفوضى والدمار الناتج عن الحرب.

هذا الارتباط الوثيق بين الوقت والإنتروبيا قد أذهل العلماء لعقود. الآلات ، مثل الساعات ، تنتج أيضًا إنتروبيا على شكل حرارة مشتتة في محيطها. تمكن الفيزيائيون من إثبات أن الساعة الكمومية الصغيرة – نوع من الساعات الذرية التي تستخدم ذرات مبردة بالليزر تقفز على فترات منتظمة للغاية – تخلق مزيدًا من الاضطراب كلما زادت دقة قياسها للوقت. لكن حتى الآن ، كان من الصعب جدًا إثبات أن الساعات الأكبر والأكثر تعقيدًا ميكانيكيًا تخلق المزيد من الانتروبيا كلما زادت دقة تلك الساعات ، حتى لو بدت الفكرة جيدة من الناحية النظرية. 

قال آريس: “الساعات تشبه إلى حد ما المحركات البخارية الصغيرة – تحتاج إلى بذل جهد فيها لقياس الوقت” ، حيث “العمل هو نقل الطاقة اللازم لتشغيل الأجهزة الميكانيكية مثل الساعات. “من أجل الحصول على هذا القراد المنتظم ، القراد ، القراد ، عليك تشغيل الآلة. هذا يعني أنك بحاجة إلى الاستثمار في إنتاج الانتروبيا.”

لاختبار هذه الفكرة ، قام الباحثون ببناء ساعة مبسطة مكونة من غشاء بسمك 50 نانومتر وطول 1.5 ملليمتر ممتد بين وظيفتين صغيرتين تهتزان بهما نبضات كهربائية. من خلال حساب كل انعطاف لأعلى ولأسفل على أنه علامة ، أظهر الفريق أن الإشارات الكهربائية الأكثر قوة تجعل الساعة تدق بشكل أكثر انتظامًا ودقة ، ولكن على حساب إضافة المزيد من الحرارة – وبالتالي المزيد من الانتروبيا – إلى النظام.

إن رؤية هذه العلاقة بين الانتروبيا والدقة في جهاز أكبر بكثير من الساعة الكمومية أعطت الباحثين الثقة في أن النتائج التي توصلوا إليها يمكن أن تكون عالمية. ربما إذا لم تنتج الساعات أي إنتروبيا ، فمن المرجح أن تتراجع إلى الوراء كما تفعل للأمام ، وكلما تولدت المزيد من الإنتروبيا ، زادت حمايتها من التعتعة والتقلبات العكسية.المحتوى ذي الصلة

قال آريس: “لا نعرف على وجه اليقين حتى الآن ، ولكن ما وجدناه – لكل من ساعتنا والساعات الكمومية – هو أن هناك علاقة تناسبية بين الدقة والإنتروبيا”. “قد لا تكون دائمًا علاقة خطية للساعات الأخرى ، ولكن يبدو أن الدقة مقيدة بقوانين الديناميكا الحرارية.” 

بصرف النظر عن كونها مفيدة لتصميم الساعات والأجهزة الأخرى في المستقبل ، يرى الباحثون نتائجهم على أنها ترسي الأساس لمزيد من الاستكشاف لكيفية تطبيق قوانين الديناميكا الحرارية واسعة النطاق على الأجهزة النانوية الصغيرة. .   

“لدينا الآن قدر كبير من التحكم في هذه الأجهزة الصغيرة ، ويمكننا قياسها بدقة كبيرة ، بحيث نعيد اكتشاف الديناميكا الحرارية على نطاق جديد تمامًا.” قال آريس. “إنها مثل الثورة الصناعية بالمقياس النانوي.”

المصدر/ livescience.comالمترجم/barabic.com