Двигатель, который использует топливо — информация. Вызов демона 150-летней давности

Может ли информация стать источником энергии? Исследователи из Университета Саймона Фрейзера в Канаде разработали сверхбыстрый двигатель, который, как они утверждают, «действует на основе информации». По их мнению, это прорыв в поиске новых видов топлива.

Результаты исследований на эту тему были опубликованы в «Трудах Национальной академии наук» (PNAS). А в статье мы узнаем, как ученые преобразовали движение молекул в накопленную энергиюзатем используется для управления устройством.

Идею такой системы, которая на первый взгляд кажется нарушающей законы физики, впервые предложил шотландский ученый в 1867 году. Ментальный эксперимент, известный как «демон Максвелла», представляет собой гипотетическую машину, которая, по мнению некоторых, могла бы позволить что-то вроде вечного двигателя, или, другими словами, показать, что можно сломать второй закон термодинамики говорят о возрастании энтропии в природе.

который будет контролировать открытие и закрытие крошечной двери между двумя газовыми камерами. Целью демона будет отправить быстро движущиеся молекулы газа в одну камеру, а медленно движущиеся в другую. Таким образом, одна камера будет теплее (содержащая более быстрые частицы), а другая — холоднее. Демон создаст систему с большим порядком и накопленной энергией, чем та, с которой он начал, не затрачивая никакой энергии, то есть, по-видимому, испытает уменьшение энтропии.

1. Схема информационного двигателя

Однако работа венгерского физика Лео Силарда с 1929 г. по демона Максвелла показал, что мысленный эксперимент не нарушает второй закон термодинамики. Демон, утверждал Сцилард, должен вызвать определенное количество энергии, чтобы выяснить, горячие или холодные молекулы.

Теперь ученые из канадского университета построили систему, работающую по идее мысленного эксперимента Максвелла, превращающую информацию в «работу». Их конструкция включает в себя модель частицы, которая погружена в воду и прикреплена к пружине, которая, в свою очередь, соединена со сценой, которую можно перемещать вверх.

Ученые берут на себя роль демона Максвелла, наблюдайте, как частица движется вверх или вниз из-за теплового движения, а затем перемещайте сцену вверх, если частица подпрыгивает вверх случайным образом. Если он отскакивает вниз, они ждут. Как поясняет в публикации один из исследователей, Тушар Саха, «это заканчивается подъемом всей системы (т.е. увеличением гравитационной энергии — прим. ред.) с использованием только информации о положении частицы» (1).

2. Информационная машина в лаборатории

Очевидно, что элементарная частица слишком мала, чтобы прилипнуть к пружине, поэтому в реальной системе (2) используется инструмент, известный как оптическая ловушка — с лазером для приложения к частице силы, имитирующей силу, действующую на пружину.

Повторяя процесс без непосредственного перетаскивания частицы, частица поднималась на «большую высоту», накапливая большое количество гравитационной энергии. По крайней мере, так утверждают авторы эксперимента. Количество энергии, вырабатываемой этой системой, «сопоставимо с молекулярным механизмом в живых клетках» и «сопоставимо с быстро движущимися бактериями», объясняет другой член команды. Янник Эрих.