Физики из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США продемонстрировали возможность локальных нарушений второго закона термодинамики в квантовых системах. Их работу опубликовали в журнале Nature Scientific Reports.
Второй закон термодинамики утверждает, что энтропия любой физической системы, предоставленной самой себе, постоянно возрастает.
Основой второго закона термодинамики является т. н. Н-теорема (теорема о возрастании энтропии). Наглядной иллюстрацией теоремы является утверждение, что если открыть дверь между двумя комнатами, в одной из которых жарко, а в другой — холодно, температура непременно станет равномерно теплой. В жаркой комнате никогда не станет еще жарче. И хотя сформулирована эта теорема была еще в конце XIX века, фундаментальные физические причины, лежащие в ее основе, остаются неясными и по сей день.
Математические конструкции, обеспечивающие возрастание энтропии, были лишь недавно построены в рамках относительно новой науки — квантовой информатики. «В своей работе мы показали, как эти замечательные математические абстракции связаны с повседневной реальностью», — сказал Валерий Винокур, один из авторов статьи. «Это позволило нам сформулировать квантовую Н-теорему в терминах физически измеримых величин, — сказал Иван Садовский, другой автор статьи.
BMW представила мотоцикл будущего
Идеи
В статье указывается на определенные состояния, при которых Н-теорема может быть нарушена, и энтропия в короткие сроки может понижаться. Она связана с понятием «демона Максвелла».
В 1867 году физик Джеймс Максвелл описал гипотетический способ нарушения Второго закона: если на двери между жаркой и холодной комнатой сядет некое существо, которое будет пропускать частицы, движущиеся с определенной скоростью. Такое существо было названо «демоном Максвелла».
«Хотя нарушение происходит только в малом масштабе, его последствия заходят далеко, — говорит Винокур. — Оно дает нам платформу для практической реализации квантового демона Максвелла, который позволит создать локальный квантовый вечный двигатель».
К примеру, этот принцип можно применить к «холодильнику», который охлаждается удаленно — то есть энергия, благодаря которой происходит охлаждение, будет браться из другого места, пишет Phys.org.
Экономика будущего: аренда станет нормой, а владение — роскошью
Технологии
Другой, менее фундаментальный закон — закон Мура, решили обойти инженеры Университета штата Северная Каролина, создав интегральные микросхемы с хаотичной структурой. С их помощью можно будет выполнять больше задач, используя меньшее количество схем и транзисторов.
Подписывайтесь на наш «Хайтек»-канал в Telegram (нужно перейти по ссылке и нажать кнопку «Join»).