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研究發(fā)現(xiàn)時鐘耗能越高就越準(zhǔn)確。圖片來源：蘭開斯特大學(xué)
一項新實驗表明，一個時鐘消耗的能量越多，它的計時就越準(zhǔn)確。
時鐘遍及生活的各個方面，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)胞時鐘。它們都消耗能量并釋放熱量。例如，一個廚房的時鐘，通過耗盡電池來做到這一點。近日，一個來自英國蘭開斯特、牛津和奧地利維也納的國際科學(xué)家團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，通常來說，最精確的時鐘需要最多能量，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，研究人員建造了一個特別簡單的時鐘，由一個振動的超薄薄膜組成，它有幾十納米厚、1.5毫米長，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)計的巧妙之處在于，它僅僅通過加熱薄膜來提供動力，而通過時鐘的整個能量流動可以用電來測量。
科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，他們提供的熱量越多，時鐘運行得就越準(zhǔn)確。事實上，精度與釋放的熱量成正比。為了使時鐘的準(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《物理評論X》上，這是第一次測量最小時鐘產(chǎn)生的熵或熱損失。
蘭開斯特大學(xué)的Edward Laird說：“熱力學(xué)融合了自然界最基本的原理，告訴我們有兩種機器不釋放熱量就不能運轉(zhuǎn)。一個是機械機，它釋放熱量做功，另一個是計算機存儲器，它在重寫自身時釋放熱量。這個實驗表明時鐘也受到熱力學(xué)的限制。這也提出了一個有趣的問題：所有可能的時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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