Prețul pe care trebuie să îl plătești dacă vrei ca ceasul tău să indice ora absolut exactă

Entropia sau dezordinea din Univers este creată chiar şi atunci când ticăie ceasul! Cu cât un aparat de măsurare a timpului este mai precis, cu atât nivelul de dezordine cu care contribuie la entropia universală este mai mare.

Aceasta conform unui studiu realizat de oameni de ştiinţă de la Universitatea Oxford şi publicat în numărul din 6 mai al jurnalului ştiinţific Physical Review X, potrivit Live Science. „Dacă vrei ca ceasul tău să indice ora cu o mai mare exactitate, trebuie să plăteşti un preţ”, a susţinut unul dintre co-autorii acestui studiu, Natalia Ares, fizician la Universitatea Oxford. „Ori de câte ori măsurăm timpul, creştem, nivelul entropiei din Univers„.

Conform celei de-a doua legi a termodinamicii, pe măsură ce înaintăm pe axa timpului spre viitor, nivelul entropiei dintr-un sistem creşte. Pe aşa-numita „săgeată a timpului„, entropia este mereu mai mică în trecut şi întotdeauna mai mare în viitor.

Tot entropia este de vină

Tendinţa de creştere a dezordinii în Univers explică foarte multe lucruri. Spre exemplu, este foarte uşor să amesteci ingredientele laolaltă într-un blender pentru a obţine un suc de fructe, dar este practic imposibil ca din sucul obţinut să separi apoi elementele de compoziţie şi să le readuci la forma iniţială, de fructe. De asemenea, tot entropia este de vină pentru că oricât de atent ţi-ai împături căştile de la telefon atunci când la introduci în buzunar, mereu când le vei scoate afară vor fi încurcate.

Această creştere implacabilă a dezordinii leagă în mod intim entropia de modul în care oamenii percep timpul. O scenă celebră din romanul lui Kurt Vonnegut „Slaughterhouse-Five” („Abatorul cinci”) demonstrează cât de mult este afectată percepţia timpului de către entropie, prin derularea înapoi a unor evenimente din cel de-Al Doilea Război Mondial: gloanţele ies din rănile provocate şi pornesc înapoi spre armele de unde au fost trase, incendiile se micşorează până redevin bombe, aşezate ordonat în depozite de armament şi apoi sunt transformate în compuşii chimici din care sunt făcute. Dacă săgeata timpului ţinteşte spre trecut, toată dezordinea şi distrugerile produse de război dispar ca prin farmec.

Entropia fascinează de mult timp

Această conexiune dintre timp şi entropie îi fascinează de mult timp pe oamenii de ştiinţă. Maşinăriile, aşa cum sunt şi ceasurile, produc entropie sub formă de căldură pe care o disipează în mediul înconjurător. Fizicienii au putut demonstra că un mic ceas atomic – un tip de ceas atomic ce foloseşte atomi răciţi cu laser ce produc oscilaţii la intervale de timp extrem de regulate – produce mai multă entropie cu cât funcţionează cu o mai mare precizie. Până acum însă, a fost foarte dificil de demonstrat că un ceas, cu cât este mai complex şi mai exact, generează mai multă entropie, chiar dacă această idee este bine fundamentată teoretic.

„Ceasurile sunt într-un fel ca nişte mici locomotive cu aburi – trebuie să le pui la muncă pentru a măsura timpul”, conform lui Ares care explică faptul că „munca este transferul de energie necesar pentru a face să funcţioneze dispozitivele mecanice aşa cum sunt ceasurile”.

„Pentru a obţine acel tic-tac regulat, trebuie să porneşti maşinăria. Acest lucru înseamnă să trebuie să investeşti în producţia de entropie”, a adăugat ea.

O relație incredibilă

Pentru a testa această idee, cercetătorii au construit un ceas simplificat dintr-o membrană cu grosimea de 50 de nanometri şi lungimea de 1,5 milimetri, întinsă între două puncte astfel încât să vibreze sub acţiunea unor pulsuri de curent electric. Prin înregistrarea fiecărei vibraţii ca un „tic”, echipa a arătat că semnalele electrice mai puternice fac membrana să vibreze mai precis, cu o mai mare regularitate, însă cu costul disipării unei cantităţi mai mari de căldură – şi implicit o entropie crescută a sistemului.

Faptul că această relaţie dintre entropie şi precizie există şi în cazul unor dispozitive mult mai mari decât un ceas cuantic le oferă cercetătorilor încrederea că descoperirea lor are valoare universală. Poate că dacă ceasurile nu ar fi generat deloc entropie, atunci nu ar fi avut decât precizia din aforismul care spune că şi un ceas care nu merge tot arată de două ori pe zi ora exactă. Cert este că, susţin oamenii de ştiinţă, ceasurile cu cât produc mai multă entropie, cu atât funcţionează cu mai multă precizie.

Există o relaţie proporţională între precizie şi entropie

„Nu ştim încă cu certitudine, dar ceea ce am descoperit, atât pentru ceasul nostru cât şi pentru ceasurile cuantice, este că există o relaţie proporţională între precizie şi entropie. S-ar putea să nu fie o relaţie liniară pentru alte tipuri de ceasuri, dar se pare că precizia este determinată de legile termodinamicii”, a mai susţinut Ares.

În afară de utilitatea pentru ceasornicari dar şi pentru producţia unor alte tipuri de dispozitive, în viitor, cercetătorii consideră că descoperirea lor pune bazele unor explorări ulterioare cu privire la modul în care legile termodinamicii se aplică până la nivelul celor mai mici nanodispozitive.

„Avem în prezent atât de mult control asupra acestor mici dispozitive şi le putem măsura cu atât de multă precizie, încât practic redescoperim termodinamica la o scară complet nouă. Este ca Revoluţia Industrială la nanoscară”, a mai susţinut Natalia Ares.