Квантовые корреляции позволили обратить стрелу времени

Учёные провели в эксперимент, в котором квантово-связанные частицы, нагретые до разных температур, продемонстрировали спонтанный поток тепла от более холодных к более горячим, — тем самым уменьшив термодинамическую энтропию и формально обратив термодинамическую стрелу времени вспять. Этот результат, однако, не нарушает второй закон термодинамики, который в стандартной форме не учитывает квантовые корреляции между частицами.

Я думаю, все уже свыклись о странностями квантового мира, поэтому эта новость не должна вызывать особого изумления. Тем не менее, квантовая термодинамика — одно из главных направлений с современной физике, и учёные усердно продвигаются в её понимании всё дальше и дальше.

С термодинамикой связана одно из объяснений направленного движения времени — время движется в ту сторону, в которую происходит увеличение энтропии. В этом заключается второй принцип термодинамики. С фундаментальной точки зрения этот принцип объясняется тем, что в закрытых системах информация, хранимая частицами, может только потеряться и не может спонтанно возникнуть (об информационном толковании энтропии я писал вот в этой статье). Однако в квантовых системах между частицами возможно существование квантовой корреляции, которая обеспечивает своеобразную «информационную» связь между ними, поэтому к понятию энтропии в квантовой термодинамике следует относить с осторожностью.

Именно этот факт и эксплуатируется в работе, статья о которой выложена на сайт arxiv.org.

В своём эксперименте учёные использовали ядра водорода и углерода, входящие в молекулу трихлорметана CHCl₃. Методами ядерной магнитной томографии они сначала сообщали этим ядрам разные температуры, а затем смотрели, как они приходят в состояние теплового равновесия. Как и ожидалось, в процессе релаксации энергия передавалась от более горячих ядер более холодным.

Однако если при помощи всё того ядерного магнитного резонанса между ядрами водорода и углерода создавалась квантовая связь, то релаксация шла более сложным путём и, в частности, содержала этапы, когда энергия передавалась от более холодных атомов более горячим. Формально, это уменьшало энтропию системы и в этом смысле обращало термодинамическую стрелу времени.

Источник: https://zen.yandex.ru/media/physh/kvantovye-korreliacii-pozvolili-obratit-strelu-vremeni-5a316f1a1410c3c5984e1423? 13.12.2017