Счётчик, который показывает не то

Оригинал: "In-vivo entropy production of A. subaru"
arXiv:2604.00453 · 2026-04-01 · CC BY 4.0 · 1 мин
Оценка необратимости по ограниченным данным может отставать от реальных затрат энергии в 10²⁵ раз.

Каждые 140 миллисекунд устройство в автомобиле записывало скорость, обороты двигателя и температуру. Так физики хотели проверить, насколько хорошо популярный показатель отражает реальные затраты энергии.

Показатель называется производством энтропии. Он измеряет, насколько процесс необратим: можно ли по записи отличить движение вперёд от перемотки назад. Для крошечных объектов, вроде жгутиков бактерий, ненулевое значение доказывает, что система активно тратит энергию. Но что происходит, когда система большая и её энергопотребление очевидно?

Счётчик, который показывает расход топлива, но в 10²⁵ раз меньше реального.

Авторы применили несколько методов оценки и получили значение около 0,5 бит/с. При комнатной температуре это соответствует мощности 2×10⁻²¹ Дж/с. А реальная мощность двигателя составляет 7×10⁴ Дж/с. Разрыв в 25 порядков. Это намного больше, чем для нейронов или волосковых клеток.

Вывод прост: для больших систем энтропийная продукция, вычисленная по ограниченным данным, плохо отражает энергопотребление. Возможно, она пригодится для анализа сердечного ритма или движения стай, но для этого нужны другие основания. А пока счётчик, который показывает не то, напоминает: не всякая мера, выглядящая научной, говорит о том, что мы хотим измерить.

Автомобиль Subaru, использованный в эксперименте, имеет вариатор (CVT), что видно по отсутствию радиальных линий на графике кластеризации: фиксированные передаточные числа проявились бы как характерные лучи.

k_B T \Sigma \leq W
Произведение температуры и необратимости (в битах/с) не превышает реальной мощности системы.
\Sigma = \lim_{t_{\max}\to\infty} \frac{1}{t_{\max}} D_{KL}(p(X) \| p(\tilde{X}))
Необратимость равна скорости расхождения вероятностных распределений прямых и обращённых во времени траекторий.
Учёные
Ludwig BoltzmannRudolf ClausiusJacob BekensteinStephen HawkingJames Clerk MaxwellGeorge Gabriel Stokes
Понятия
энтропия энтропия Больцмана потребление энергии теорема Бекенштейна о границе необратимость энтальпия энергопотребление внутренняя энергия наземный сток углерода неравновесное состояние инфракрасный избыток