Учени доказаха: Вторият закон на термодинамиката важи и в квантовата физика

Учени от Виенския технологичен университет (TU Wien) поставиха под въпрос дългогодишното мнение, че квантовата физика противоречи на втория закон на термодинамиката. Ново изследване показва, че ентропията на затворените квантови системи също се увеличава с времето, докато достигне своя предел.

Досега се смяташе, че ако квантовото състояние на една система е напълно известно, нейната ентропия остава непроменена. Това твърдение се основаваше на работата на математика Джон фон Нойман отпреди 90 години. Ключовата подробност обаче е, че по принцип е невъзможно да се разполага с пълна информация за квантова система – измерванията винаги са свързани с неопределеност.

Изследователите предлагат друг подход: вместо традиционната ентропия на фон Нойман да се използва ентропията на Шанън, предложена от математика Клод Шанън през 1948 година. Тя измерва нивото на неопределеност, произтичащо от конкретно измерване. Колкото по-висока е неопределеността – толкова по-голяма е ентропията.

Когато една квантова система едва започва да се развива, ентропията на Шанън е ниска, защото е сравнително лесно да се предвиди резултатът от измерването. С течение на времето обаче ентропията нараства, достигайки граница, подобно на начина, по който в класическата термодинамика ентропията на една система се увеличава, докато тя достигне равновесие.

„Ако понятието ентропия се дефинира правилно, не остава противоречие между квантовата физика и термодинамиката.“

казват авторите на статията

Изследването, публикувано в PRX Quantum потвърждава, че вторият закон на термодинамиката се прилага дори за напълно изолирани квантови системи.