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La précision du temps a un prix. La précision maximale d’une horloge est directement liée à la quantité d’entropie qu’elle crée chaque fois qu’elle fonctionne.

L’entropie de l’univers

Natalia Ares, de l’université d’Oxford, et ses collègues ont fait cette découverte en utilisant une minuscule horloge dont la précision peut être contrôlée. Cette horloge était constituée d’une membrane de nitrure de silicium de 50 nanomètres d’épaisseur, mise en vibration par un courant électrique.
Chaque fois que cette membrane se déplaçait de haut en bas puis revenait à sa position initiale, les chercheurs comptaient un tic, et la régularité de l’espacement entre les tics représentait la précision de cette horloge.
Ils ont constaté qu’à mesure qu’ils augmentaient la précision de l’horloge, la chaleur produite dans ce système augmentait, accroissant l’entropie de son environnement en bousculant les particules proches. « Si une horloge est plus précise, vous en payez le prix d’une manière ou d’une autre », explique M. Ares.
Dans ce cas, vous le payez en injectant plus d’énergie ordonnée dans l’horloge, qui est ensuite convertie en entropie. « En mesurant le temps, nous augmentons l’entropie de l’univers », explique M. Ares. Plus il y a d’entropie dans l’univers, plus il est proche de sa disparition. « Peut-être devrions-nous arrêter de mesurer le temps. » L’échelle de l’entropie supplémentaire est cependant si petite qu’il n’y a pas lieu de s’inquiéter, dit-elle.

L’entropie dans l’univers augmente constamment

L’augmentation de l’entropie dans la mesure du temps pourrait être liée à la « flèche du temps », explique Marcus Huber, de l’Académie autrichienne des sciences de Vienne, qui faisait partie de l’équipe de recherche. Il a été suggéré que la raison pour laquelle le temps ne s’écoule qu’en avant, et non en arrière, est que la quantité totale d’entropie dans l’univers augmente constamment, créant un désordre qui ne peut pas être remis en ordre.
La relation que les chercheurs ont trouvée est une limite à la précision d’une horloge, ce qui ne signifie pas qu’une horloge qui crée le plus d’entropie possible serait d’une précision maximale – d’où le fait qu’une grande horloge grand-père inefficace ne soit pas plus précise qu’une horloge atomique. « C’est un peu comme l’utilisation du carburant dans une voiture – ce n’est pas parce que j’utilise plus de carburant que je vais plus vite ou plus loin », explique Huber.
Lorsque les chercheurs ont comparé leurs résultats avec des modèles théoriques développés pour des horloges reposant sur des effets quantiques, ils ont été surpris de constater que la relation entre la précision et l’entropie semblait être la même pour les deux. « Je pense que cela fait allusion à l’universalité de l’application des lois de la thermodynamique aux horloges », a déclaré M. Ares.

Les horloges atomiques

Nous ne pouvons cependant pas encore être sûrs que ces résultats sont réellement universels, car il existe de nombreux types d’horloges pour lesquels la relation entre la précision et l’entropie n’a pas été testée. « On ne sait toujours pas comment ce principe s’applique à des dispositifs réels tels que les horloges atomiques, qui repoussent les limites quantiques ultimes de la précision », explique Mark Mitchison du Trinity College de Dublin, en Irlande.
La compréhension de cette relation pourrait être utile pour concevoir de futures horloges, en particulier celles utilisées dans les ordinateurs quantiques et d’autres dispositifs où la précision et la température sont cruciales, explique M. Ares. Cette découverte pourrait également nous aider à comprendre plus généralement comment le monde quantique et le monde classique sont similaires et différents en matière de thermodynamique et de passage du temps.
Cette recherche a été publiée dans Physical Review X.
Source : New Scientist
Crédit photo : Pixabay

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La précision du temps a un prix. La précision maximale d'une horloge est directement liée à la quantité d'entropie qu'elle crée chaque fois qu'elle fonctionne. L'entropie de l'univers Natalia Ares, de l'université d'Oxford, et ses collègues ont fait cette découverte en utilisant une minuscule horloge dont la précision peut être contrôlée....