La precisión de un reloj puede estar ligada a la entropía que crea.

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Los relojes más avanzados de la actualidad mantienen el tiempo con un ritmo increíblemente preciso. Pero un nuevo experimento sugiere que la precisión de los relojes tiene un precio: la entropía.

La entropía, o desorden, se crea cada vez que un reloj hace tictac. Ahora, los científicos han medido la entropía generada por un reloj que puede funcionar con distintos niveles de precisión. Cuanto más precisos sean los tics del reloj, cuanta más entropía emitía, informan los físicos en un artículo aceptado para Revisión física X.

“Si quieres un reloj mejor, tienes que pagarlo”, dice la física Natalia Ares de la Universidad de Oxford.

El tiempo y la entropía son conceptos estrechamente entrelazados. La entropía se conoce como la «flecha del tiempo», porque la entropía tiende a crecer a medida que pasa el tiempo; el universo parece moverse constantemente de una entropía más baja a una entropía más altaSN: 10/7/15). Esta marcha hacia el aumento de la entropía explica por qué algunos procesos pueden avanzar en el tiempo, pero no a la inversa: es fácil mezclar la crema con el café, pero es extremadamente difícil separarlo nuevamente. Las máquinas también aumentan el desorden a medida que operan, por ejemplo, al emitir calor que aumenta la entropía de su entorno. Eso significa que incluso un reloj estándar que funciona con baterías produce entropía a medida que avanza.

Los físicos habían calculado previamente que, para los relojes cuánticos diminutos, existe una relación directa entre la máxima precisión posible de sus tics y la cantidad de entropía emitida. Pero los relojes más grandes son demasiado complejos para tales cálculos. Por lo tanto, no estaba claro si esa regla también se aplicaba a otros tipos de relojes.

Para probar cuánta entropía se liberaba en el tic-tac de un reloj simplificado, Ares y sus colegas hicieron un reloj a partir de una membrana delgada, de decenas de nanómetros de grosor y 1,5 milímetros de largo, suspendido en dos postes. Una señal eléctrica enviada al reloj empujó la membrana, haciendo que se flexionara hacia arriba y hacia abajo. Este movimiento de flexión se repitió a intervalos regulares, como el tic-tac constante de un reloj, y una antena registró ese movimiento. Cuanto más potente era la señal eléctrica, con mayor precisión marcaba el reloj. Y a medida que aumentaba la precisión del reloj, la entropía, como resultado del calor producido en el circuito de la antena, aumentaba al mismo tiempo.

Ese resultado sugiere que la relación teórica de los relojes cuánticos también se aplica a otros tipos de relojes. “Es bueno tener eso”, dice el físico Juan Parrondo de la Universidad Complutense de Madrid, que no participó en el estudio. «De lo que no estoy tan seguro es de cuán universal es este tipo de relación que encuentran». Los investigadores estudiaron solo una variedad de reloj. Aún no está claro si la relación entre precisión y entropía se aplica a los relojes de manera más general, dice Parrondo.

Pero algunos científicos sospechan que la relación puede ser universal, revelando un aspecto fundamental de cómo funcionan los relojes. El nuevo estudio «nos empujaría aún más en esta dirección», dice el físico cuántico Ralph Silva de ETH Zurich, que no participó en la investigación. “Es un dato a favor de que probablemente sea el caso de todos los relojes. Pero eso no ha sido probado «.

Para que un reloj funcione de manera confiable, debe someterse a un proceso que tenga una dirección preferida en el tiempo. Si el reloj no creara entropía, sería tan probable que avanzara como retrocediera. Y cuanta más entropía crea el reloj, menos probable es que el mecanismo de relojería sufra fluctuaciones, pasos temporales hacia atrás que degradarían su precisión.

Entonces, si la precisión de todos los relojes tiene el costo de una mayor entropía, esa compensación puede reflejar un vínculo estrecho entre el paso del tiempo y su medición.

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