Основы мироздания под угрозой: квантовая теория позволила повернуть время вспять и нарушить второй закон термодинамики
Всего в физике существует 3 закона термодинамики. Первый закон говорит о том, что изменить внутреннюю энергию тела можно либо с помощью теплопередачи, либо с помощью механической работы. Однако нас интересует второй закон термодинамики. Именно его функция и была поставлена под вопрос в квантовой теории.
Что такое второй закон термодинамики
Термин «второе начало термодинамики» принадлежит Рудольфу Клаузиусу. А вот назвать конкретную личность первооткрывателем будет некорректно, потому что закон термодинамики родился благодаря инженерной и научной работе нескольких человек. Тем не менее, существует даже два постулата — вышеупомянутого Клаузиуса и Томсона (Кельвина). Они оба эквивалентны, поскольку, отрицая правильность одного, второй тоже становится неверен. В целом второй закон термодинамики гласит, что в изолированной системе энтропия нарастает со временем, и движение тепла осуществляется от более горячих тел к более холодным.
Второй закон термодинамики простыми словами
А если выражаться проще — тепло не уйдёт от холодного к горячему без применения дополнительной энергии. Тело с температурой 10°C не охладится от тела с температурой 20°C.
Однако эксперимент, проведенный международной группой ученых, опровергает это положение и доказывает, что термодинамическая «стрела времени» не является абсолютной концепцией.
Как повернуть время вспять
В рамках эксперимента ученые обратились к коррелированным частицам. Их концепт похож на концепт частиц, образующих квантовую запутанность, однако они не так тесно связаны друг с другом. Исследователи начали работу с изучения молекулы трихлорметана: они нагрели ядро атома водорода так, чтобы оно было теплее ядра атома углерода, и наблюдали за током энергии.
Когда ядра двух атомов находились в некоррелированном состоянии, тепло, согласно второму закону термодинамики, и в самом деле двигалось от более теплого к более холодному ядру. Однако после корреляции ядер ученые внезапно увидели, что тепло потекло «назад» — нагретое ядро становилось все горячее, а его более холодный сосед принялся остывать.
По мнению исследователей, их эксперимент не нарушает второй закон термодинамики, поскольку тот попросту не учитывает коррелирование частиц. Успешный опыт демонстрирует скорее исключение из правила. Статья, в которой изложены ход и результаты эксперимента, опубликована на сервере arXiv.
Значение эксперимента
Данный опыт является отличной демонстрацией того, что даже в привычных системах окружающего нас мира могут скрываться тайны, которые еще только предстоит разгадать. Каждое новое открытие приводит к все новым вопросам — как знать, не изменятся ли фундаментальные основы привычной нам науки через несколько десятков лет?
Поскольку все больше исследований опирается на квантовые вычисления, возможно именно эта область физики и математики позволит нам разгадать самые главные тайны Вселенной — найти и выделить темную материю, подчинить себе время или даже вывести «универсальное уравнение бытия», которое объяснило бы совокупность и закономерность всех процессов, происходящих в нашем мире.
