Доказано, что даже в изолированных системах энтропия растёт.
Ученые из Венского технологического университета (TU Wien) поставили под сомнение давнее представление о том, что квантовая физика противоречит второму закону термодинамики. Новое исследование показывает, что энтропия закрытых квантовых систем тоже увеличивается со временем, пока не достигает предельного значения.
Ранее считалось, что если полностью знать квантовое состояние системы, ее энтропия остается неизменной. Это утверждение основывалось на работах математика Джона фон Неймана 90 лет назад. Однако ключевая деталь заключается в том, что принципиально невозможно иметь полную информацию о квантовой системе — измерения всегда связаны с неопределенностью.
Исследователи предложили другой подход: вместо традиционной энтропии фон Неймана использовать энтропию Шеннона, предложенную математиком Клодом Шенноном в 1948 году. Она измеряет уровень неопределенности в результате конкретного измерения. Чем выше неопределенность — тем больше энтропия.
Когда квантовая система только начинает эволюционировать, ее энтропия Шеннона низка, поскольку предсказать результат измерения относительно легко. Однако со временем энтропия растет, достигая предельного уровня, аналогично тому, как в классической термодинамике энтропия системы увеличивается, пока не достигает равновесия.
«Если правильно определить понятие энтропии, то никакого противоречия между квантовой физикой и термодинамикой не остается», — заявили авторы работы.
Исследование, опубликованное в PRX Quantum, подтверждает, что второй закон термодинамики применим даже к полностью изолированным квантовым системам.