Эксперимент с часами показал связь между потреблением энергии и точностью

Время часы изображение

Новый эксперимент показывает, что чем больше энергии потребляет часы, тем точнее они отсчитывают время.

Все часы потребляют энергию и выделяют тепло. Как правило, самые точные часы требуют больше всего энергии, что указывает на фундаментальную связь между потреблением энергии и точностью. Это то, что намеревалась проверить международная группа ученых из Ланкастера, Оксфорда и Вены.

Исследование было опубликовано в Physical Review X.

Для этого они построили простые часы, состоящие из вибрирующей ультратонкой мембраны, толщиной в десятки нанометров и длиной 1,5 миллиметра, встроенной в электронную схему. Каждое колебание мембраны генерировало одно электрическое тиканье. Гениальный аспект этой конструкции заключается в том, что она питается от простого нагрева мембраны, в то время как полный поток энергии через часы можно измерить электрически.

Ученые обнаружили, что чем больше тепла они подают, тем точнее идут часы. Фактически, точность была прямо пропорциональна выделяемому теплу. Чтобы часы стали вдвое точнее, им требовалось вдвое больше тепла.

В состав экспериментальной группы входили доктор Эдвард Лэрд из Ланкастерского университета, профессор Маркус Хубер из Атоминститута, TUWien, д-р Пол Эркер и д-р Елена Гурьянова из Института квантовой оптики и квантовой информации (IQOQI), а также д-р Наталья Арес, Доктор Анна Пирсон и профессор Эндрю Бриггс из Оксфорда.

Это исследование является первым случаем, когда было произведено измерение энтропии — или потери тепла — генерируемой минимальными часами.

Понимание термодинамических затрат, связанных с хронометражом, является центральным шагом на пути развития технологий будущего, а также понимания и тестирования термодинамики по мере приближения систем к квантовой сфере.

Это также показывает сходство между работой часов и паровой машины. В паровой машине существует фундаментальное ограничение на то, сколько тепла должно подаваться для выполнения желаемого объема работы. Это ограничение — знаменитый Второй закон термодинамики, который является центральным в современной инженерии. Этот эксперимент предполагает, что часы, как и двигатели, ограничены Вторым законом, и их выходной сигнал представляет собой точные тики, а не механическую работу.

Доктор Эдвард Лэрд из Ланкастерского университета сказал: «Термодинамика, включающая в себя самые фундаментальные принципы природы, говорит нам, что есть два типа машин, с которыми мы не можем работать, не выделяя тепла. Один из них — это механический двигатель, который выделяет тепло для выполнения работы, а другой — это память компьютера, которая выделяет тепло при перезаписи. Этот эксперимент — в сочетании с другими работами — предполагает, что часы также ограничены термодинамикой. Это также ставит интригующий вопрос: все ли возможные часы ограничены таким образом, или это просто свойство тех, которые мы изучили?».

Интересно, что многие повседневные часы имеют эффективность, близкую к тому, что предсказывают ученые. Например, их формула предсказывает, что наручные часы, точность которых составляет одну десятую миллионную, должны потреблять не менее микроватта энергии. Фактически, обычные наручные часы обычно потребляют в несколько раз больше.

Законы термодинамики, открытые в девятнадцатом веке, все еще находят новые приложения сегодня.

Ученые создали атомные часы для изучения темной материи. Группа ученых из Массачусетского технологического института (МТИ) заявила о создании самых точных часов в мире.

Стрелки «часов Судного дня» остановились. Символические «часы Судного дня» были созданы в 1947 году. Движение стрелок отражает уровень опасности ядерной войны и угрозы, связанной с климатом.

Ранее Курсор писал о том, что ученые нашли способ разгадать самую противоречивую загадку Вселенной.

Кроме этого, ученые создали новую «теорию всего». Ученые заявляют, что их теория пространства-времени «лучше теории относительности».

Ученые из КНР первыми в мире испытали технологию квантовой телепортации времени. Ученые смогли выполнить синхронизацию между спутником и Землей. Точность передачи сигнала времени превысила 30 пикосекунд.

Напомним, Курсор сообщал, ученые доказали гипотезу Эйнштейна при помощи часов на небоскребе. Альберт Эйнштейн считал, что отдаляясь от поверхности земли течение времени ускоряется. На течение якобы времени влияет гравитация.

Автор материала:
Таня Нати
ТЭГИ:
comments powered by HyperComments