研究發(fā)現(xiàn)時(shí)鐘耗能越高就越準(zhǔn)確。圖片來(lái)源：蘭開(kāi)斯特大學(xué)

一項(xiàng)新實(shí)驗(yàn)表明，一個(gè)時(shí)鐘消耗的能量越多，它的計(jì)時(shí)就越準(zhǔn)確。

時(shí)鐘遍及生活的各個(gè)方面，從作為衛(wèi)星導(dǎo)航基礎(chǔ)的原子鐘到我們體內(nèi)的細(xì)胞時(shí)鐘。它們都消耗能量并釋放熱量。例如，一個(gè)廚房的時(shí)鐘，通過(guò)耗盡電池來(lái)做到這一點(diǎn)。近日，一個(gè)來(lái)自英國(guó)蘭開(kāi)斯特、牛津和奧地利維也納的國(guó)際科學(xué)家團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，通常來(lái)說(shuō)，最精確的時(shí)鐘需要最多能量，這暗示了能量消耗和準(zhǔn)確性之間的基本聯(lián)系。

為了做到這一點(diǎn)，研究人員建造了一個(gè)特別簡(jiǎn)單的時(shí)鐘，由一個(gè)振動(dòng)的超薄薄膜組成，它有幾十納米厚、1.5毫米長(zhǎng)，并與電子電路結(jié)合在一起。薄膜每振蕩一次就產(chǎn)生一次電滴答。這種設(shè)計(jì)的巧妙之處在于，它僅僅通過(guò)加熱薄膜來(lái)提供動(dòng)力，而通過(guò)時(shí)鐘的整個(gè)能量流動(dòng)可以用電來(lái)測(cè)量。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，他們提供的熱量越多，時(shí)鐘運(yùn)行得就越準(zhǔn)確。事實(shí)上，精度與釋放的熱量成正比。為了使時(shí)鐘的準(zhǔn)確度提高一倍，他們需要提供兩倍的熱量。

相關(guān)論文發(fā)表在《物理評(píng)論X》上，這是第一次測(cè)量最小時(shí)鐘產(chǎn)生的熵或熱損失。

蘭開(kāi)斯特大學(xué)的Edward Laird說(shuō)：“熱力學(xué)融合了自然界最基本的原理，告訴我們有兩種機(jī)器不釋放熱量就不能運(yùn)轉(zhuǎn)。一個(gè)是機(jī)械機(jī)，它釋放熱量做功，另一個(gè)是計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器，它在重寫(xiě)自身時(shí)釋放熱量。這個(gè)實(shí)驗(yàn)表明時(shí)鐘也受到熱力學(xué)的限制。這也提出了一個(gè)有趣的問(wèn)題：所有可能的時(shí)鐘都是以這種方式限制的嗎？”

相關(guān)論文信息：http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevX.11.021029


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