时钟的热力学

所有时钟，无论经典还是量子，都是开放的非平衡不可逆系统，受热力学约束。通过举例我表明，这些约束必然限制时钟的性能，且好的时钟需要大的能量耗散。对于运行在极限环上的周期时钟，这是相位扩散的结果。对于非周期时钟（例如放射性碳定年）同样成立，但源于电报噪声而非相位扩散。在此情形下，精确测量起到关键作用，其降低熵从而提高时钟的自由能，且需要访问低熵库。在量子情形中，热噪声被量子噪声（自发辐射或隧穿）替代，测量对周期与非周期时钟均起本质作用。本文最后从时钟热力学的角度讨论了 Tolman 关系与 Rovelli 的热时间假说。