时间与宇宙的奥秘——时钟越精确产生的熵值就越大
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责任编辑：MindyLi
核稿编辑：Anny
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不晓得大家还记得去年的诺兰神片《天能》，大玩时间与熵逆转的精彩剧情吗？
近期研究进一步揭露了熵的奥秘。
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孤立系统的总熵持续在增加
在物理学当中，时间和熵有着非常密切的关系，熵亦被用于计算一个系统中的失序现象，
也就是计算该系统混乱的程度，而孤立系统（例如宇宙）的总熵是持续在增加的，也正好
在时间箭头的方向上。
长期以来，人们一直怀疑这两者有某种联系，尽管我们还没有找到有力的证据，不过虽然
我们还无法理解时间本身与熵的关系，但研究人员可能在时钟方面幸运的研究到一点线索
，他们推测似乎时钟越是精确，它产生的熵就会越多。
熵被科学家称为“时间的箭头”
研究作者牛津大学物理学家纳塔利娅．阿里斯（Natalia Ares）对 Live Science 表示：
“如果您希望时钟更精确，就必须为此付出代价，每次我们测量时间，都是在增加宇宙的
熵。”
随着时间的推移，热力学第二定律指出系统的熵必须增加，熵普遍被科学家称为“时间的
箭头”，是物理学中为特定时间设定时间的少数数量之一，即从过去的熵低的时间到将来
的熵高的时间。
这也能在宇宙中混乱中的生长趋势中解释许多事，例如为什么将各种成分混合在一起会比
将它们分开更容易，甚至为什么耳机线在裤子的口袋里会复杂地缠在一起也能用熵来解释
，也正是通过这种不断增长的无序，熵与我们的时间感紧密相连。
时钟越是精确，付出的“代价”就越大
近日在一项新的实验中，研究人员设计了一个可以调节精确度的时钟，这个时钟由一层
50 奈米厚的氮化硅薄膜组成，这层氮化硅薄膜悬浮在金属电极上，因此悬浮的薄膜和电
极之间形成了一个微小的空腔，一个连接到空腔的电路能测量薄膜的振动，并记录每个振
动周期的“滴答”。每次薄膜上下移动一次，再回到原来的位置时，就被计算为一次“滴
答”，“滴答”之间的间隔规律性衡量了时钟的精确度。
通过提高输入信号中的能量（或“热量”），研究人员就能增加振动的振幅，进而提对高
对薄膜的测量精确度，他们发现，随着时钟精度的提高，系统产生的热量随之增加，通过
挤压附近的粒子，周围环境的熵也有所增加。
也就是说，精确计时是有“代价”的，一个时钟的最大精确度直接与它每次跳动时产生的
熵有关，如果一个时钟越是精确，付出的“代价”也就越大，而付出的代价就是需要向时
钟注入更多的能量，然后这些能量再转化为熵。
研究人员通过测量电路中损失的热量来估算的熵值与精确度之间的关系，得出了与在量子
时钟研究中相一致的行为——时钟的精度和熵之间存在着一定的线性关系。
资料来源：Dr Alfredo Carpineti(2021,APR 30).The Better The Clock The More
Entropy It Might Generate. Iflscience