Вода всегда течёт вниз, а тепло — от горячего к холодному. Так велит энтропия — мера неупорядоченности, стремящаяся к росту. Но квантовый мир находит лазейки.
Физики заставили частицы света — фотоны — взаимодействовать с горячей и холодной средой в неопределённой последовательности. Представьте подброшенную монету, которая ещё не упала: она одновременно и орёл, и решка. Так и здесь — порядок событий оставался неопределённым. С помощью фотометрии — измерения яркости света и спектроскопии — анализа его спектрального состава учёные зафиксировали парадокс: иногда тепло шло от холодного к горячему, словно вода текла вверх.
На основе этого эффекта построен квантовый цикл Отто — крошечный двигатель-холодильник, который не сжигает топливо, а черпает энергию из самой разницы температур. Он одновременно охлаждает и вырабатывает полезную работу: аналогия упрощает, но это как если бы ваш холодильник заодно заряжал телефон. Этот результат переосмысливает работы Больцмана о необратимости, Максвелла о свете и фон Неймана о квантовых измерениях.
Этот эффект перекликается с демоном Максвелла — мысленным экспериментом, который, как считалось, нарушает законы физики. Но здесь лазейка законна и основана на квантовой неопределённости порядка событий.