Fiziķi pārvērš informāciju enerģijā

Šeit ir aizraujošs darbs. Izveidojiet nelielas kāpnes un novietojiet nelielu polistirola lodītes apakšējā pakāpiena (kāpņu konstrukcija ir diezgan vienkārša, izmantojot elektriskos laukus).

Ir viegli redzēt, ka lodītes grūst apkārtējā gaisā molekulu nejauša kustība, kas ir labi zināmā Brauna kustības parādība.

Lielāko daļu laika Brauna kustībai ir tendence notriekt lodītes lejā pa kāpnēm, bet dažreiz grūdiens ir pietiekami spēcīgs, lai uzstumtu krelles pakāpienu uz augšu.

Cieši vērojiet lodītes, izmantojot videokameru, un katru reizi, kad redzat, ka tā paceļas pa pakāpienu, mainiet elektrisko lauku, lai tas nevarētu atkal nokrist. Tas ir kā barjeras novietošana aiz lodītes.

Atkārtojot šo procesu, lodītes Brauna kustības vadītas virzīsies augšup pa kāpnēm.

Tieši šo eksperimentu Šoiči Tojabe no Čuo universitātes Tokijā un daži draugi ir veiksmīgi veikuši. Tas nozīmē, ka lodītes kaut kādā veidā spēj iegūt enerģiju no vides, kas no pirmā acu uzmetiena izskatās kā klajš termodinamikas 2. likuma pārkāpums.

Protams, šeit ir vairāk nekā šķiet. Toyabe un co darbs ir slavenā Maksvela dēmona eksperimentāla versija. Iedomājieties kasti, kas piepildīta ar gaisu, bet sadalīta uz pusēm ar barjeru. Maksvela dēmons ir iedomāta būtne, kas spēj atvērt barjeru, lai izlaistu cauri ātri kustīgām molekulām, vienlaikus aizverot to lēnākām.

Galu galā ātri kustīgās molekulas nonāk vienā barjeras pusē, kas kļūst karstāka nekā otra puse, lai gan sistēmai nav pievienota enerģija.

Jautājums ir par to, vai Maksvela dēmons pārkāpj otro termodinamikas likumu, proti, ka siltums pats nevar plūst no vēsas uz karstu sistēmu.

Jaunākā domāšana ir tāda, ka Maksvela dēmons nepārkāpj 2. termodinamikas likumu, jo tam ir jāmēra visu molekulu ātrums, pirms izlemt, kuru izlaist, un tas prasa enerģiju. Ja to ņem vērā, tad pārkāpuma nav.

Bet šeit ir dīvaina lieta. Sistēmā nenotiek tradicionāla enerģijas pārnešana: nav molekulu sildīšanas vai paātrināšanas vai tamlīdzīgi. Tā vietā šķiet, ka informācija pati par sevi ir līdzeklis, caur kuru tiek pārnesta enerģija.

Šāda domāšana līdz šim ir bijusi teorētiska zinātkāre. Toyabe un draugi faktiski to ir paveikuši, pirmo eksperimentālo šāda veida enerģijas pārraides demonstrāciju. Patiesībā viņi šajā sistēmā ir pārveidojuši informāciju enerģijā.

Šeit nav termodinamikas pārkāpumu. Šie puiši izmanto videokameru, lai noteiktu lodītes pozīciju, tāpēc, ņemot vērā kameras enerģijas budžetu, viss izdodas tā, kā paredz termodinamikas likumi.

Ir grūti pārvērtēt viņu paveiktā nozīmi: viņi ir spējuši darbināt nanomašīnu — kāpņu lodītes — kā barošanas avotu izmantojot tikai informāciju.

Viņi saka, ka tas ir pilnīgi jauna veida dzinējs, ko viņi sauc par informācijas siltuma dzinēju, un nav grūti iedomāties tā potenciālu.

Tas nozīmē, ka tagad ir iespējams darbināt nanomašīnas, izmantojot informāciju kā enerģijas pārneses līdzekli, pat ja nav tieša kontakta ar nanomašīnu.

Tagad uzdevums būs samazināt sensoru sistēmu. Videokamera ir liela lieta, ko grozīt. Noteikti būtu noderīgi atrast kādu mikroskopisku veidu, kā uztvert vidi un izmantot savākto informāciju nanoierīces darbināšanai.

Pagaidām nav skaidrs, kā to var izdarīt, taču jūs varat derēt, ka Tojabe un draugi pie tā strādā. Ideja varētu pat radīt nelielu interesi citur.

Atsauce: arxiv.org/abs/1009.5287 : Informācijas siltuma dzinējs: informācijas pārvēršana enerģijā, izmantojot atgriezeniskās saites kontroli

paslēpties