Az óráink egyre pontosabbak, de ennek ára lehet: növelik az entrópiát
2021 / 04 / 30 / Felkai Ádám
Az óráink egyre pontosabbak, de ennek ára lehet: növelik az entrópiát
Az entrópia egy rendszer rendezetlenségi fokát jellemzi.

Az entrópia műszót Rudolf Clausius alkotta meg 1865-ben az energia mintájára. Az energia két görög szóból épül fel: en (be-) + ergon (munka) – magyarán befektetett munkát jelent. Az entrópia esetén megmaradt az en, ami tehát a magyar „be” igekötőnek feleltethető meg, ám a munka helyett a tropé-szó áll mögötte, ami „megfordulást” jelent. Ha nagyon egyszerűen szeretnénk elmagyarázni, úgy kell elgondolni, hogy az entrópia jelöli ki azt az irányt, amelybe egy rendszer saját magától elmozdul. A természetben lejátszódó folyamatok nagy része ugyanis egyetlen irányban zajlik le, ami magától sosem fordul meg (akadnak esetek, amikor a folyamat külső behatással megfordítható). Ezeket a folyamatokat épp ezért irreverzibilis folyamatoknak nevezzük – és ez a felismerés lényegében a termodinamika második főtétele.

Az entrópia ennek megfelelően statisztikailag jellemzi az anyagi rendszerek molekuláris rendezetlenségét, amiből az irreverzibilis folyamatok irányára is következtetni lehet. Ilyen folyamat például, hogy a hő mindig a melegebb test irányából áramlik a hidegebb felé, ami miatt a befektetett energia egy része minden spontán folyamatnál kárba vész, mert hővé alakul át. Emiatt aztán bármilyen energia maradéktalanul alakítható hővé, de a hő csak részben alakítható át másfajta energiává.

Mindez roppant érdekes, de mi köze az órákhoz?

Mivel az entrópia a folyamatok irányát jelöli ki a természetben, ezért az idő irányjelzőjének is szokták nevezni – mivel a fentieknek megfelelően (tehát hogy a rendszerek maguktól a rendezett irányból tartanak a rendezetlenség felé) az idő múlásával növekszik az entrópia az Univerzumban. Emiatt lehetséges hogy bizonyos folyamatok az időben előrefelé megtörténhetnek, de vissza már nem lehet ezeket fordítani. A kedvelt példa ezzel kapcsolatban a kakaó – összeönthetem a tejet és a kakaóport, amiből létrehozható az ismert ital, visszafelé azonban ezt már nem tudom megtenni: egy bögre kakaót sosem fogok tökéletesen szétválasztani tejre és kakaóporra. Magyarán ez a bögre kakaó növelte az entrópiát. Mindez azonban nem csak erre a kedvelt reggeli italra igaz, de például a gépekre is, melyek a működésük közben hőt adnak le, így is növelve az entrópiát a környezetükben.

Most pedig tegyük fel, hogy valahogy mérni szeretnénk az időt, aminek irányát (múlását) tehát az entrópia jelöli ki! Ehhez tehát egy olyan gépet kell kreálnunk, ami valamiként abba az irányba tart, amerre maga az idő is – elméletileg tehát egy entrópianövelő masinát kell létrehoznunk, hiszen máskülönben az óra nem csak előrefelé haladna, hanem visszafelé is. Ráadásul minél több entrópiát kelt ez az eszköz, annál pontosabb, hiszen annál inkább híján lesz azoknak a fluktuációknak, vagy az időben visszafelé ugrásoknak, melyek rontják egy ilyen időmérőszerkezet pontosságát. Például mérhetjük az időt akár az előbbi kakaóval is – minél barnább lesz, annál több idő telt el, és az egyes árnyalatokhoz akár időegységeket is társíthatunk. Épp ezen elvi lehetőségek miatt gondolja úgy több tudós is, hogy az entrópia növelése egy olyan alapvető aspektus, amely minden órát jellemez független azok méretétől.

Egy új, gyakorlati kísérlettel pedig épp ezt a tézist erősítették meg némileg, még ha teljesen nem is bizonyították azt. A fizikusok ugyanis azt már korábban is kiszámolták, hogy a kvantumméretű „órák” lehetségesen elérhető pontossága és az általuk keltett entrópia közt szoros összefüggés áll fenn. Kérdés azonban, hogy mi a helyzet az egyéb, ennél nagyobb órák esetén. A mostani kísérletben egy egyszerű órát alkottak a kutatók: egy 1,5 milliméter széles és néhányszor tíz nanométer vastag membránt feszítettek ki két oszlop közé. Egy szabályosan ismétlődő elektromos jel mozgatta ezt a membránt, ami így „tiktakolni” kezdett, amit egy antenna regisztrált. Minél erősebb volt az elektromos jel, az óra annál pontosabbá vált, ugyanakkor az antenna áramkörében is egyre több hő termelődött, vagyis növekedett az entrópia.

A kutatásvezető Natalia Ares, az Oxfordi Egyetem fizikusa szerint minél jobb órát akarunk, annál magasabb árat kell érte fizetnünk, ami tehát az entrópia növelése. Más tudósok azonban szkeptikusak, szerintük a kísérlet egy bizonyos órafélének a működése kapcsán állapította csak meg ezt az összefüggést, de ez még nem jelenti, hogy mindez egyetemes törvényszerűség az órák működése kapcsán. Egy másik kutató úgy látja, hogy ez újabb adat, ami abba az irányba mutat, hogy az órák működése elválaszthatatlan az entrópia növelésétől, de a mostani kísérlet ezt az összefüggést szerinte sem bizonyította úgy általában véve minden időmérő-szerkezetre.

(Kép: Pixabay)

További cikkek a témában:

Fizikusok kiszámították az idő lehetséges kvantálásának felső határát Vajon állandó tempójú az idő, vagy inkább állandóan változó? Az általános relativitáselmélet és a kvantummechanika látszólag mást mondanak, de nem lehetetlen közös platformra hozni őket. Nézzünk erre egy friss kísérletet!

Elveszíti időérzékét és több napig alszik az ember extrém izoláció hatására, derül ki a Deep Time barlangkísérletből Számos esetben vizsgálták már korábban is barlangokba zárt embereken a totális izoláció hatását a pszichére és testre, mikor se a napfény, se órák nem segítenek az idő számon tartásában, és a szervezet ritmusa elkezd sajátos utat követni.

Egy ausztráliai atomreaktorban derülhet ki, hogy tud-e több irányba is telni az idő Bár az idő múlása a mi szempontunkból teljesen lineárisnak tűnik, a tudósok régóta feltételezik, hogy az idő nem csak egy irányba tud folyni. Az elméletet hamarosan Ausztrália egyetlen működő atomreaktorában fogják igazolni - vagy cáfolni.


Kövesd a Rakétát a Facebookon is!
Kövess, üzenj, kommentelj a Rakéta Facebook oldalán!
Ismerd meg a ROADSTER magazint!
AUTÓK - DESIGN - GASZTRO - KULT - UTAZÁS - TECH // Ha szereted a minőséget az életed minden területén, páratlan élmény lesz!
Ezek is érdekelhetnek
HELLO, EZ ITT A
RAKÉTA
Kövess minket a Facebookon!
A jövő legizgalmasabb cikkeit találod nálunk!

Hírlevél feliratkozás

Ne maradj le a jövőről! Iratkozz fel a hírlevelünkre, és minden héten elküldjük neked a legfrissebb és legérdekesebb híreket a technológia és a tudomány világából.