
В квантовой физике существовал парадокс, связанный с энтропией, который долгое время озадачивал ученых. Согласно второму закону термодинамики, энтропия, являющаяся мерой беспорядка, должна всегда увеличиваться со временем в закрытой системе. Именно поэтому лед тает, превращаясь в воду, а разбитая ваза никогда самостоятельно не соберется обратно.
Исследовательская группа Венского технического университета изучила это кажущееся противоречие и обнаружила, что ответ зависит от того, как определяется энтропия. При измерении энтропии способом, соответствующим квантовой механике, противоречие исчезает. Как и в классической физике, энтропия в квантовых системах увеличивается, приводя изначально упорядоченные системы к беспорядку.
Энтропия количественно определяет, находится ли система в очень специфическом состоянии с низкой энтропией или в одном из многих возможных состояний, которые кажутся одинаково случайными, что означает высокую энтропию. С физической точки зрения это определяет направление времени — в прошлом энтропия была ниже, а будущее — это там, где энтропия выше.
Исследователи показали, что если начать с состояния низкой энтропии Шеннона, то этот вид энтропии увеличивается в замкнутой квантовой системе, пока не достигнет максимального значения — точно так же, как известно из термодинамики в классических системах. Чем больше проходит времени, тем более неясными становятся результаты измерений.
Эти выводы особенно важны для современных технических приложений квантовой физики, где часто приходится иметь дело с квантовыми системами, состоящими из множества частиц. Понимание взаимосвязи между квантовой теорией и термодинамикой является ключевым для развития новых квантовых технологий.