¿Cuál es el precio de un reloj preciso? Entropía, ha revelado un nuevo estudio.
La entropía, o desorden, se crea cada vez que un reloj hace tictac. Ahora los científicos que trabajan con un reloj diminuto han demostrado una relación simple: cuanto más preciso funciona un reloj, más entropía genera.
“Si quieres que tu reloj sea más preciso, tienes que pagarlo”, dijo a WordsSideKick.com la coautora del estudio Natalia Ares, física de la Universidad de Oxford. “Cada vez que medimos el tiempo, aumentamos la entropía del Universo”.
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A medida que avanzamos en el tiempo, el segunda ley de la termodinámica establece que la entropía de un sistema debe aumentar. Conocida como la “flecha del tiempo”, la entropía es una de las pocas cantidades en física que establece el tiempo para ir en una dirección particular: desde el pasado, donde la entropía era baja, hasta el futuro, donde será alta.
Esta tendencia al crecimiento del desorden en el Universo explica muchas cosas, como por qué es más fácil mezclar ingredientes que separarlos, o por qué los cables de los auriculares se enredan tan intrincadamente en los bolsillos de los pantalones. También es a través de este creciente desorden que la entropía está tan íntimamente ligada a nuestro sentido del tiempo.
Una escena famosa en la novela de Kurt Vonnegut Matadero cinco demuestra cómo la entropía hace que una dirección del tiempo se vea en la otra al jugar la Segunda Guerra Mundial al revés: las balas son succionadas por hombres heridos; los fuegos se reducen, se juntan en bombas, se apilan en filas ordenadas y se separan en minerales compuestos; y la flecha invertida del tiempo deshace el desorden y la devastación de la guerra.
Esta íntima conexión entre el tiempo y la entropía ha fascinado a los científicos durante décadas. Las máquinas, como los relojes, también producen entropía en forma de calor disipado a su entorno.
Los físicos han podido demostrar que un pequeño reloj cuántico, un tipo de reloj atómico que utiliza átomos enfriados por láser que saltan a intervalos muy regulares, crea más desorden cuanto más exactamente mide el tiempo.
Pero hasta ahora, ha sido muy difícil demostrar que los relojes más grandes y mecánicamente más complejos crean más entropía cuanto más precisos se vuelven, incluso si la idea suena bien en teoría.
“Los relojes son de alguna manera como pequeñas máquinas de vapor: es necesario trabajar en ellos para medir el tiempo”, dijo Ares, donde “el trabajo es la transferencia de energía necesaria para hacer que los dispositivos mecánicos como los relojes funcionen”.
“Para conseguir ese tic, tic, tic, tienes que poner la máquina en marcha. Eso significa que necesitas invertir en la producción de entropía”.
Para probar esta idea, los investigadores construyeron un reloj simplificado compuesto por una membrana de 50 nanómetros de espesor y 1,5 milímetros de largo estirada entre dos pequeños postes que vibraban con pulsos de electricidad.
Al contar cada flexión hacia arriba y hacia abajo como un tic, el equipo demostró que las señales eléctricas más potentes hacen que el reloj marque con más regularidad y precisión, pero a costa de agregar más calor, y por lo tanto más entropía, al sistema.
Ver esta relación entre la entropía y la precisión en un dispositivo mucho más grande que un reloj cuántico les ha dado a los investigadores la confianza de que sus hallazgos podrían ser universales.
Quizás si los relojes no produjeran ninguna entropía, sería tan probable que corrieran hacia atrás como hacia adelante, y cuanta más entropía generan, más protegidos están de tartamudeos y fluctuaciones hacia atrás.
“No lo sabemos con certeza todavía, pero lo que hemos encontrado, tanto para nuestro reloj como para los relojes cuánticos, es que existe una relación proporcional entre la precisión y la entropía”, dijo Ares. “Puede que no siempre sea una relación lineal para otros relojes, pero parece que la precisión está limitada por las leyes de termodinámica. “
Además de ser útiles para diseñar relojes y otros dispositivos en el futuro, los investigadores consideran que sus hallazgos sientan las bases para una mayor exploración de cómo la gran escala leyes de la termodinámica se aplican a dispositivos diminutos de tamaño nanométrico.
“Ahora tenemos tanto control sobre estos diminutos dispositivos, y podemos medirlos con tanta precisión, que estamos redescubriendo la termodinámica a una escala completamente nueva”. Dijo Ares. “Es como la Revolución Industrial a nanoescala”.
Los investigadores publicaron sus hallazgos el 6 de mayo en la revista Revisión física X.
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Este artículo fue publicado originalmente por Ciencia viva. Leer el articulo original aquí.
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