211service.com
Fyzici přeměňují informace na energii
Zde je fascinující dílo. Postavte malé schodiště a na spodní schod položte malou polystyrenovou kuličku (schodiště je poměrně jednoduché postavit pomocí elektrických polí).
Je snadné vidět, jak se kulička otřásá náhodným pohybem molekul v okolním vzduchu, což je dobře známý fenomén Brownova pohybu.
Brownův pohyb má většinou tendenci srazit korálek ze schodů, ale někdy je strkání dostatečně silné, aby vytlačilo korálek o krok nahoru.
Pečlivě sledujte korálek pomocí videokamery a pokaždé, když jej uvidíte, jak jde o krok nahoru, změňte elektrické pole tak, aby nemohlo klesnout zpět. Je to jako umístit bariéru za korálek.
Jak budete tento proces opakovat, korálek se bude pohybovat po schodišti, poháněn Brownovým pohybem.
Přesně tento experiment úspěšně provedl Shoichi Toyabe na univerzitě Chuo v Tokiu a pár kamarádů. Z toho vyplývá, že kulička je nějakým způsobem schopna extrahovat energii z okolí, což na první pohled vypadá jako nehorázné porušení 2. termodynamického zákona.
Samozřejmě je toho víc, než se na první pohled zdá. Dílo Toyabe and co je experimentální verzí slavného Maxwellova démona. Představte si krabici naplněnou vzduchem, ale rozdělenou na polovinu bariérou. Maxwellův démon je imaginární bytost schopná otevřít bariéru, aby umožnila průchod rychle se pohybujícím molekulám a zároveň ji uzavřela pro ty pomalejší.
Rychle se pohybující molekuly nakonec skončí na jedné straně bariéry, která se zahřeje více než na druhé straně, i když do systému nebyla přidána žádná energie.
Otázkou je, zda Maxwellův démon porušuje nebo neporušuje druhý termodynamický zákon, který říká, že teplo nemůže samo proudit z chladného do horkého systému.
Nejnovější myšlenka je, že Maxwellův démon neporušuje 2. zákon termodynamiky, protože musí změřit rychlost všech molekul, než se rozhodne, kterou propustí, a to vyžaduje energii. Když se to vezme v úvahu, nedochází k žádnému porušení.
Ale tady je zajímavá věc. Neexistuje žádný konvenční přenos energie do systému: žádné zahřívání nebo urychlování molekul nebo něco podobného. Místo toho se sama informace zdá být médiem, přes které se přenáší energie.
Tento druh myšlení byl až dosud teoretickou kuriozitou. Toyabe a přátelé to skutečně udělali, jde o první experimentální ukázku tohoto druhu přenosu energie. Ve skutečnosti v tomto systému přeměnily informace na energii.
Není zde žádné porušení termodynamiky. Tito lidé používají videokameru k určení polohy korálku, takže když se vezme v úvahu energetický rozpočet kamery, vše funguje tak, jak předpovídají zákony termodynamiky.
Je těžké přeceňovat význam toho, co udělali: dokázali obsluhovat nanostroj – korálek pro šplhání po schodech – využívající jako zdroj energie jen informace.
Říká se, že jde o zcela nový typ motoru, kterému říkají informační tepelný motor, a není těžké si představit jeho potenciál.
To znamená, že je nyní možné napájet nanostroje pomocí informací jako média pro přenos energie, i když neexistuje žádný přímý kontakt s nanostrojem.
Úkolem nyní bude zmenšit snímací systém. Videokamera je slušná věc, která se dá povozit. Zjevně by bylo užitečné najít nějaký mikroskopický způsob snímání prostředí a využití shromážděných informací k napájení nanozařízení.
Zatím není jasné, jak to lze udělat, ale můžete vsadit svůj spodní dolar, že na tom Toyabe a kamarádi pracují. Tato myšlenka by mohla dokonce vzbudit malý zájem jinde.
Ref: arxiv.org/abs/1009.5287 : Informační tepelný motor: Přeměna informací na energii pomocí zpětné vazby