Группа учёных из Нагойского университета разработала математическую модель, которая ставит под вопрос один из фундаментальных законов природы. Согласно их расчётам, в квантовом мире второй закон термодинамики, утверждающий, что беспорядок (энтропия) в замкнутой системе всегда увеличивается, может быть нарушен. Однако даже в таких условиях можно спроектировать системы так, чтобы они всё равно подчинялись этому правилу.
В основе исследования лежит знаменитый парадокс «демона Максвелла» — мысленный эксперимент, предложенный физиком Джеймсом Максвеллом ещё в 1867 году. В нём воображаемый демон, контролируя движение молекул газа, якобы способен создавать разницу температур без затраты энергии, что напрямую противоречит второму закону. Долгое время этот парадокс считался интеллектуальной игрой, но новые квантовые исследования показывают, что он может иметь реальную физическую основу.
Ключевой момент — квантовая суперпозиция. В отличие от классических систем, в квантовом мире частицы могут существовать в нескольких состояниях одновременно, что позволяет, по сути, «обходить» некоторые ограничения термодинамики. Исследователи разработали трёхшаговую модель с участием «квантового демона», измеряющего систему, взаимодействующего с окружающей средой и извлекающего работу. Их расчёты показали, что при определённых условиях демону действительно удаётся получить больше энергии, чем он затратил, нарушая традиционные представления о термодинамике.
Однако, несмотря на этот неожиданный результат, учёные также обнаружили, что подобные процессы можно «уравновесить», добавляя в систему дополнительные элементы, восстанавливающие термодинамическое равновесие. Это означает, что квантовая физика и термодинамика хоть и кажутся конфликтующими, на самом деле не противоречат друг другу.
