时钟的新热力学理解

时钟研究在揭示其自身局限性的同时,也引发了我们对于时间性质的思考

过去五年,对时钟这种简单机械结构的研究让研究人员发现现有计时机制的基本局限。他们据此描绘出准确性、信息、复杂性、能量与熵之间的新关系,也即宇宙中不断增加的量与时间之箭的密切关联。在此之前,人们一直认为这种关系只存在于纯理论层面,但今年春季牛津大学实验物理学家 Natalia Ares 和她的团队报告了对于纳米级时钟的测量,有力支持了新的热力学理论。未参与研究的哈佛大学量子热力学家 Nicole Yunger Halpern 表示,这项时钟研究具有重大的“基础性意义”。她认为这些发现有望帮助人们设计出最高效的自主量子时钟,用于控制未来量子计算机及纳米机器人的操作活动。关于时钟的新观点也给对时间本身的讨论提供了新的素材。Yunger Halpern 表示,“这项工作确实从根本上明确了时间在量子理论中的作用。”澳大利亚昆士兰大学量子理论家 Gerard Milburn 去年撰写了一篇关于时钟热力学研究的综述,他指出“我觉得很多人还没有意识到这方面研究的重大基础意义。”Milburn 称时钟是熵的流量计。理想的时钟将燃烧无限的能量并产生无限的熵,因此在实际中是不可能的。时钟的精确性从根本上来说是有限的。

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