Основы мироздания под угрозой: квантовая теория позволила повернуть время вспять и нарушить второй закон термодинамики

В 2017 году международной команде ученых удалось осуществить весьма любопытный эксперимент, поставивший под сомнение второй закон термодинамики.
Основы мироздания под угрозой: квантовая теория позволила повернуть время вспять и нарушить второй закон термодинамики
Getty images

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.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

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.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

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.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

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

Нажми и смотри

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.