Chiếc đồng hồ mới sẽ đánh bại định luật nhiệt động lực học thứ hai!

[test_vnr]

Nhân loại đã đi một chặng đường dài trong suốt thời gian tồn tại trên hành tinh này, và cách chúng ta đo lường thời gian cũng đã thay đổi không ngừng. Chưa lâu trước đây, những chiếc đồng hồ nước thô sơ được coi là phát minh mang tính đột phá, nhưng giờ đây chúng ta đã có thể đo một giây bằng cách theo dõi những dao động cực nhỏ của nguyên tử cesium. Cuộc hành trình vào thế giới hạ nguyên tử trong suốt thế kỷ qua đã giúp các nhà khoa học và kỹ sư phát triển được những chiếc đồng hồ có thể hoạt động mà không gặp lỗi suốt 300 tỷ năm.

Tuy nhiên, ngay cả các quy luật của vật lý lượng tử cũng có những giới hạn của nó. Mọi hệ thống đều có một mức độ không chắc chắn nhất định, và quan niệm phổ biến từ trước đến nay là nếu bạn muốn tạo ra một chiếc đồng hồ chính xác gấp đôi so với mẫu trước đó, bạn cần phải cung cấp gấp đôi năng lượng. Nhưng giờ đây, một nhóm các nhà khoa học quốc tế đến từ TU Wien (Áo), Đại học Chalmers (Thụy Điển) và Đại học Malta đã tuyên bố tìm ra phương pháp mới để vượt qua giới hạn Entropy này bằng cách tận dụng hai thang đo thời gian khác nhau—một thang đo dựa trên vật lý lượng tử và một thang đo dựa trên “các hiệu ứng sinh entropy”. Điều này có nghĩa là một sự gia tăng đáng kể về độ chính xác có thể đạt được khi tăng entropy, và đó là một thủ thuật thú vị sẽ rất quan trọng cho các phép đo hiện tượng lượng tử trong tương lai. Kết quả của nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Nature Physics.

Để hiểu cách chiếc đồng hồ này hoạt động, chúng ta hãy quay lại những điều cơ bản và phân tích các thành phần cấu tạo nên một chiếc đồng hồ. “Mỗi chiếc đồng hồ cần hai thành phần: đầu tiên, một bộ sinh thời gian—chẳng hạn như con lắc trong đồng hồ quả lắc, hoặc thậm chí là dao động lượng tử,” Marcus Huber, tác giả chính của nghiên cứu từ TU Wien, cho biết trong một tuyên bố báo chí. “Thứ hai, một bộ đếm—bất kỳ thành phần nào đếm số đơn vị thời gian mà bộ sinh thời gian đã định nghĩa đã trôi qua.”

Nhờ vào “bộ sinh thời gian” này, đồng hồ được kết nối với một quá trình không thể đảo ngược, có nghĩa là chúng làm tăng entropy trong vũ trụ. Trong trường hợp của một chiếc đồng hồ ông nội, ví dụ, con lắc tạo ra một lượng nhiệt nhỏ, như những tia laser đọc trạng thái của nguyên tử cesium. Đây là lý do mà các nhà khoa học nghĩ rằng bất kỳ chiếc đồng hồ nào với độ chính xác cao hơn cũng sẽ có tăng entropy theo tỷ lệ gần như 1:1, theo Luật nhiệt động lực học thứ hai. Tuy nhiên, một kỹ thuật mới sử dụng vận chuyển lượng tử cho phép một hạt có thể tồn tại ở khắp mọi nơi cho đến khi nó được đo. Điều này không gây ra entropy và có vẻ như là mẹo để tạo ra những chiếc đồng hồ chính xác gấp nhiều lần.

“Vì vậy, chúng ta có một quá trình nhanh không gây ra entropy—vận chuyển lượng tử—và một quá trình chậm, đó là sự xuất hiện của hạt ở cuối cùng,” Yuri Minoguchi, một đồng tác giả của nghiên cứu từ TU Wien, nói trong một tuyên bố báo chí. “Điều quan trọng về phương pháp của chúng tôi là một tay hoạt động hoàn toàn dựa trên vật lý lượng tử, và chỉ có tay còn lại, chậm hơn, mới thực sự tạo ra hiệu ứng sinh entropy.”

Hiện tại, việc lách luật nhiệt động lực học thứ hai chỉ mới dừng lại ở lý thuyết. Tuy nhiên, các tác giả lưu ý rằng ý tưởng này có thể được kiểm tra bằng cách sử dụng các mạch siêu dẫn hiện đại. Nếu giả thuyết này thành hiện thực, các giới hạn nhiệt động mà chúng ta giả định về khả năng đo thời gian chính xác có thể không phải là giới hạn thực sự.

Nguồn tham khảo: https://www.popularmechanics.com/science/environment/a65037086/quantum-timekeeping/