В мире квантовой физики произошло важное открытие, которое помогло разрешить кажущееся противоречие между квантовой механикой и термодинамикой. Исследовательская группа из Венского технического университета (TU Wien) смогла показать, что второй закон термодинамики, который гласит, что энтропия в закрытой системе должна увеличиваться, применим и к квантовым системам.

Долгое время считалось, что квантовая физика не подчиняется этому фундаментальному закону природы. Математически энтропия в квантовых системах всегда оставалась неизменной. Однако учёные из TU Wien обнаружили, что всё зависит от того, какой вид энтропии рассматривать.

Исследователи обратили внимание на то, что в квантовой физике невозможно иметь полную информацию о системе. Можно выбрать лишь свойство системы для измерения – так называемую наблюдаемую величину. Квантовая теория даёт вероятности получения различных возможных результатов измерения.

Учёные предложили использовать понятие энтропии Шеннона, которая зависит от вероятностей, с которыми измеряются различные возможные значения. «Можно сказать, что энтропия Шеннона – это мера того, сколько информации вы получаете от измерения», – поясняет соавтор исследования Флориан Майер из TU Wien.

Исследовательская группа математически доказала и подтвердила компьютерными симуляциями, что если начать с состояния с низкой энтропией Шеннона, то этот вид энтропии увеличивается в закрытой квантовой системе, пока не достигнет максимального значения – точно так же, как это происходит в классических системах согласно термодинамике.

Это открытие имеет важное значение для описания квантовых систем, состоящих из многих частиц, что особенно актуально для современных технических приложений квантовой физики. «Для описания таких многочастичных систем крайне важно согласовать квантовую теорию с термодинамикой», – подчёркивает профессор Хубер.