作者:唐一尘 来源:中国科学报 发布时间:2021/5/8 10:38:34
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为何时钟越“热”越准确

 

 

研究发现时钟耗能越高就越准确。图片来源:兰开斯特大学

一项新实验表明,一个时钟消耗的能量越多,它的计时就越准确。

时钟遍及生活的各个方面,从作为卫星导航基础的原子钟到我们体内的细胞时钟。它们都消耗能量并释放热量。例如,一个厨房的时钟,通过耗尽电池来做到这一点。近日,一个来自英国兰开斯特、牛津和奥地利维也纳的国际科学家团队发现,通常来说,最精确的时钟需要最多能量,这暗示了能量消耗和准确性之间的基本联系。

为了做到这一点,研究人员建造了一个特别简单的时钟,由一个振动的超薄薄膜组成,它有几十纳米厚、1.5毫米长,并与电子电路结合在一起。薄膜每振荡一次就产生一次电滴答。这种设计的巧妙之处在于,它仅仅通过加热薄膜来提供动力,而通过时钟的整个能量流动可以用电来测量。

科学家发现,他们提供的热量越多,时钟运行得就越准确。事实上,精度与释放的热量成正比。为了使时钟的准确度提高一倍,他们需要提供两倍的热量。

相关论文发表在《物理评论X》上,这是第一次测量最小时钟产生的熵或热损失。

兰开斯特大学的Edward Laird说:“热力学融合了自然界最基本的原理,告诉我们有两种机器不释放热量就不能运转。一个是机械机,它释放热量做功,另一个是计算机存储器,它在重写自身时释放热量。这个实验表明时钟也受到热力学的限制。这也提出了一个有趣的问题:所有可能的时钟都是以这种方式限制的吗?”

相关论文信息:http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevX.11.021029

 

 
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