Bir Saatin Doğruluğu, Oluşturduğu Entropiye Bağlı Olabilir!

Günümüzün en gelişmiş saatleri, zamanı inanılmaz derecede hassas bir ritimle tutar. Ancak yeni bir deney, saatlerin hassasiyetinin bir bedeli olduğunu gösteriyor: entropi.

Bir saat her tik tak ettiğinde, entropi veya düzensizlik oluşur. Bilim insanları, değişen doğruluk seviyelerinde çalıştırılabilen bir saat tarafından üretilen entropiyi ölçtüler. Fizikçiler, Physical Review X dergisinde yayınlanan bir makalede, saatin tik takları ne kadar doğruysa, o kadar fazla entropi yaydığını gösterdiler.^[1] Oxford Üniversitesi'nden Natalia Ares şöyle diyor:

Daha iyi bir saat istiyorsanız, bunun için bir bedel ödemelisiniz.

Zaman ve entropi iç içe geçmiş kavramlardır. Entropi, "zamanın oku" olarak bilinir, çünkü entropi zaman geçtikçe artma eğilimindedir; çünkü Evren, sürekli olarak düşük entropiden yüksek entropiye hareket ediyor gibi görünüyor. Artan entropiye doğru olan bu ilerleyiş, bazı süreçlerin neden zamanda ileriye doğru gidebildiğinin ancak tersine gidemediğini açıklıyor: Kremayı kahveye karıştırmak kolaydır ama yeniden ayırmak son derece zordur. Makineler de (örneğin çevrelerinin entropisini arttıran ısı vererek) çalıştıkları sırada düzensizliği arttırırlar. Bu, pille çalışan standart bir saatin bile çalışırken entropi ürettiği anlamına gelir.

Basitleştirilmiş bir saatin tik takında ne kadar entropinin salındığını test etmek için Ares ve meslektaşları, iki direğe asılmış, sadece birkaç nanometre kalınlığında ve 1,5 milimetre uzunluğunda ince bir zardan bir saat yaptılar. Saate gönderilen bir elektrik sinyali, zarı iterek yukarı ve aşağı esnemesine neden oldu. Bu bükülme hareketi, bir saatin sabit tik takları gibi düzenli aralıklarla tekrarlandı ve bir anten, bu hareketi kaydetti. Elektrik sinyali ne kadar güçlüyse, saat o kadar doğru işliyordu. Ve saatin doğruluğu arttıkça, anten devresinde üretilen ısının bir sonucu olan entropi, adım adım arttı.

Bu sonuç, kuantum saatler için teorik ilişkinin diğer saat türleri için de geçerli olduğunu göstermektedir. Çalışmaya dahil olmayan, Madrid Complutence Üniversitesi'nden fizikçi Juan Parrondo şöyle diyor:

Bu sonucu elde etmiş olmak güzel. Emin olamadığım şey, buldukları bu ilişkinin ne kadar evrensel olduğu.

Araştırmacılar, sadece bir çeşit saat üzerinde çalıştıkları için Parrondo şöyle diyor:

Doğruluk ve entropi arasındaki ilişkinin daha gelen olarak saatler için geçerli olup olmadığı henüz belli değil.

Ancak bazı bilim insanları, ilişkinin evrensel olabileceğinden ve saatlerin nasıl çalıştığının temel bir yönünü ortaya koyabileceğinden şüpheleniyor. Araştırmada yer almayan, ETH Zürih'ten kuantum fizikçisi Ralph Silva şöyle diyor:

Yeni çalışma bizi bu yönde daha da ileri götürecektir. Muhtemelen tüm saatler için geçerli olan bir veri noktası. Ama bu, henüz kanıtlanmadı.

Bir saatin güvenilir bir şekilde çalışması için, zaman içinde tercih edilen bir yöne sahip olan bir süreçten geçmesi gerekir. Eğer saat entropi oluşturmasaydı, geriye doğru olduğu kadar ileriye doğru da gitmesi muhtemeldi. Ve saat ne kadar çok entropi üretirse, saat işleyişinin dalgalanmalardan zarar görme olasılığı o kadar az olur. Dolayısıyla, tüm saatlerin doğruluğu artan entropi pahasına geliyorsa, bu değiş tokuş, zamanın geçişi ile ölçümü arasında yakın bir bağlantı olduğuna işaret edebilir.