这些关系一直是纯理论的 。 直到2021年春天 ， 牛津大学的实验物理学家纳塔莉亚·阿瑞斯（Natalia Ares）[3]和她的团队报告了对纳米级时钟的测量[4] ， 这有力地支持了新的热力学理论 。
尽管哈佛大学的量子热力学家妮可·云格·哈尔本（Nicole Yunger Halpern）没有参与最近的时钟工作 ， 但是她称其为基础性的研究 。 她认为这些发现可能会帮助设计出高效、自主的量子时钟 ， 以控制未来量子计算机和纳米机器人的操作 。
关于时钟的新观点已经为讨论时间本身提供了新的素材 。 “这一系列工作确实从根本上给出了时间在量子理论中的作用 ， ”云格·哈尔本说 。
澳大利亚昆士兰大学的量子理论学家杰拉德·米尔伯恩（Gerard Milburn）[5] 2020年写了一篇关于时钟热力学研究的评论文章[6] ， 他说：“我认为人们并没有意识到它是多么重要 。 ”
1. 时钟是什么？
首先要注意的是 ， 几乎所有东西都是时钟 。 垃圾的气味变得难闻 ， 脸上长出皱纹 ， 都标志着岁月的流逝 。 “你可以通过感受咖啡桌上咖啡的冷热来判断时间 。 ”现在就职于维也纳技术大学和维也纳量子光学与量子信息研究所的胡伯说 。
早在他们在巴塞罗那的谈话中 ， 胡伯、埃尔克和他们的同事就意识到 ， 任何发生不可逆变化的东西都是时钟 ， 例如能量扩散到更多粒子中或扩散到更广阔区域 。 在这个过程中 ， 能量趋于耗散 ， 而熵作为能量耗散的度量 ， 趋于增加 。 这仅仅是因为能量耗散的途径远远多于能量聚集起来的途径 。 这种数值上的不对称性 ， 以及在宇宙开端能量极端致密的奇怪事实 ， 就是能量现在变得越来越分散的原因 ， 就像一杯咖啡逐渐冷却 。
能量的扩散趋势 ， 以及由此导致的熵的不可逆的增加 ， 似乎可以解释时间的流动 ， 但根据胡伯和他团队的说法 ， 它们也可以解释时钟 。 “不可逆转性非常重要 ， ”胡贝尔说 ， “这种观点的转变正是我们想要探索的 。 ”
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图2. 几乎任何东西都可以成为时钟 ， 但有些时钟比其他时钟更有用 。 | Quanta Magazine
【原子|时钟的本质竟然是一台热机？】咖啡不是很好的时钟 。 与大多数不可逆过程一样 ， 它与周围空气的相互作用是随机发生的 。 这意味着必须在很长一段时间内对该过程进行平均 ， 包含进咖啡和空气分子之间的许多随机碰撞 ， 才能准确估计时间间隔 。 这就是为什么我们不把咖啡、垃圾或皱纹称为时钟 。
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