Но исследователи с U.S. Аргоннская национальная лаборатория Министерства энергетики (DOE) недавно объявила, что они, возможно, обнаружили небольшую лазейку в этом знаменитом изречении.
Их исследование, опубликованное в Nature Scientific Reports, предлагает возможные пути выхода из ситуации, когда Второй закон нарушается на микроскопическом уровне.
Второй закон основан на так называемой H-теореме, которая гласит, что если вы откроете дверь между двумя комнатами, одной горячей и одной холодной, они в конечном итоге установятся в тепловом равновесии; в горячей комнате никогда не станет жарче.
Но даже в двадцатом веке, по мере развития наших знаний о квантовой механике, мы не до конца понимали фундаментальные физические истоки H-теоремы.
Последние достижения в области, называемой квантовой теорией информации, предложили математическую конструкцию, в которой энтропия увеличивается.
«Мы сформулировали, как эти красивые абстрактные математические теории могут быть связаны с нашей грубой реальностью», — сказал Валерий Винокур, заслуженный научный сотрудник Аргонны и автор-корреспондент исследования.
Ученые взяли квантовую теорию информации, основанную на абстрактных математических системах, и применили ее к физике конденсированного состояния — хорошо изученной области со многими известными законами и экспериментами.
«Это позволило нам сформулировать квантовую H-теорему, относящуюся к вещам, которые можно было бы физически наблюдать», — сказал Иван Садовский, сотрудник Аргоннского отдела материаловедения и вычислительного института, а также еще один автор статьи. "Он устанавливает связь между хорошо задокументированными процессами квантовой физики и теоретическими квантовыми каналами, составляющими квантовую теорию информации."
Работа предсказывает определенные условия, при которых H-теорема может быть нарушена, а энтропия — в краткосрочной перспективе — действительно может уменьшиться.
Еще в 1867 году физик Джеймс Клерк Максвелл описал гипотетический способ нарушения Второго закона: если небольшое теоретическое существо сидит у двери между горячей и холодной комнатами и пропускает только частицы, движущиеся с определенной скоростью. Этот теоретический бес называется «демон Максвелла»."
«Хотя нарушение имеет место только в местном масштабе, последствия имеют далеко идущие последствия», — сказал Винокур. "Это дает нам платформу для практической реализации квантового демона Максвелла, который может сделать возможным локальный квантовый вечный двигатель."
Например, по его словам, принцип может быть воплощен в «холодильнике», который можно охлаждать дистанционно, то есть энергия, затрачиваемая на его охлаждение, может иметь место где угодно.
По их словам, авторы планируют тесно сотрудничать с группой экспериментаторов для разработки экспериментальной системы.