这个新时钟将對热力学第二定律是免疫的

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Darren Orf

Fri, June 13, 2025 at 8:00 PM GMT+8·

这款时钟将沿热力学定律的边缘。FlashMovie - Getty Images

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当你阅读这个故事时，你会学到以下内容：

·                                 •在地球上在人类的短暂时间里计时已經巨大的变化了，计量创新的遗产远未结束。

·                                 •來自一组国际科学家的一项新研究分析是否量子效应如量子输运可以不用1:1熵增伴随帮助提高精度。

·                                 •尽管这一理论出現指數般提高准确性，但如果科学家们希望消除超精确计时热力学限制之一，他们将需要用超导电路测试这一想法。

人类已經在这个星球上走过了一條漫长的道路，我们计算时间流逝的方式已經随之而来。不久前（宇宙上讲）基本的水钟被视为突破性的发明，现在我们通过追踪一個铯原子的微小振荡正式的计數一秒。上个世纪我们的進入亚原子世界的嘗試現在已經推动了科学家和工程师走了如此之遠以致使他们能够建造一个能够在3000亿年内无錯誤滴答的一個时钟。

然而，甚至量子物理定律有限制。任何系统涉及一定程度的不确定性，普遍思維總一直是如果你想制造一个比它的前身更精确一倍的时钟你會需要應用多達两倍的能量。但现在，一个来自奥地利维也纳理工大学国际科学家和瑞典哈尔默斯大学和马耳他大学团队（University of Malta）声称他们已经發現了一种新穎的繞過這個熵极限的方法，基本上利用两种不同的时间尺度——一种按量子物理学另一种按“熵产生效应”。这意味着在精度中一个指數般的增加是可能的熵中的每一增加，这是一个对未来量子现象的测量至关重要的巧妙小技巧。这项研究的结果发表在《自然物理学》杂志上。

要了解这种时钟將如何工作，它幫助回到基础，分析构成我们认为構成一個时钟的结构组件。

來自瑞典哈尔默斯大学的研究资深作者馬克思（Marcus Huber）在一份新闻声明中说，“每个时钟需要两个组件：第一，一個时基发生器——比如摆钟中的一個摆或甚至一個量子振荡。第二，一個计数器——任何计數被时基生成器定义的时间多少時間單位已经过去的元素”

由于这种“时基发生器”，时钟被聯係到一个不可逆的过程，这意味着它们为宇宙添加熵。例如，在一個落地钟的案例中，钟摆引入微量热的痕跡，就像读取一個铯原子状态的激光器一樣。这就是科学家们獲得了的任何精度增加的时钟也在一個最1:1尺度上增加熵的想法的地方，由于热力学第二定律。然而，一种利用量子输运的新技术允许一個粒子直到测量它爲止基本上一下子在到處。这不引入熵，而且出現是指数级更精确时钟的诀窍。

瑞典哈尔默斯大学研究的合著者尤里（Yuri Minoguchi）在一份新闻声明中说，“因此，我们有一个不造成熵的快速过程——量子输运——和一个缓慢的过程即粒子在非常最后到达。關於我们的方法的关键東西是一只手纯粹的按量子物理学行为，只有另一只较慢的手实际上有一個熵产生效应” 。

目前，这种走热力学第二定律邊沿的技术只是理论上的。然而，作者指出这一想法能被用现代超导电路测试。如果假设擴展出去，我们的來准确测量时间的能力的假设热力学极限畢竟可能不是极限。