Если пустить ток по проводу, провод нагреется. Это знает каждый, кто хоть раз трогал зарядку от телефона. Физики называют такое нагревание джоулевым — в честь Джеймса Джоуля, который в середине XIX века измерил, сколько тепла выделяет электричество. С тех пор формула проста: чем больше сопротивление и сила тока, тем горячее провод.

Но что происходит на самом дне этой картины — на уровне отдельных электронов и атомов? Там всё подчиняется квантовой механике, а она устроена иначе. В квантовом мире нет трения в привычном смысле. Частица может проходить сквозь препятствия, не задевая их, а энергия передаётся только порциями. Авторы новой работы взяли простую модель квантового провода и попробовали понять, откуда в ней берётся нагрев. И столкнулись с неожиданностью: если следить за каждым электроном честно, по законам квантовой физики, то энтропия — мера беспорядка — вообще не растёт. Провод остаётся холодным.

Тогда откуда берётся тепло в реальном проводе? Ответ авторов: его создают измерения. Чтобы провод начал греться, вдоль него нужно расставить крошечные датчики — термопары, которые непрерывно снимают показания. Каждый такой датчик получает информацию о состоянии электронов и тем самым вмешивается в их жизнь. Это вмешательство и порождает необратимость. Информация, полученная датчиком, переходит в тепло — так же, как стирание записи на жёстком диске выделяет немного энергии. В реальном проводе роль таких датчиков играют случайные столкновения электронов с атомами решётки. Каждое столкновение — это маленькое измерение, которое фиксирует, где находится электрон.

Получается красивая картина: джоулево тепло — не просто трение, а плата за информацию. Провод греется, потому что природа постоянно «наблюдает» за электронами, заставляя их выбирать определённое положение. Чем больше таких наблюдений, тем больше тепла. В пределе, когда датчиков очень много, квантовый провод нагревается ровно так, как предсказывает классическая формула Джоуля. Квантовая механика не отменяет второй закон термодинамики, а прячет его механизм в самом процессе измерения.