Мысленный эксперимент 1867 года привел ученых к разработке новаторского информационного двигателя.
Ключевые выводы
- Их двигатель - самое быстрое подобное приспособление, использующее информацию в качестве «топлива».
- Применение технологии может заключаться в нанотехнологиях и нанобиологии.
- Вдохновленные мысленным экспериментом 1867 года, исследователи разрабатывают информационную машину.
Может ли информация стать источником энергии? Ученые из Университета Саймона Фрейзера (SFU) в Канаде разработали сверхбыстрый двигатель, который, как утверждается, работает на информации, потенциально открывая новые революционные рубежи в поиске человечеством новых видов топлива. Исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), описывает, как исследователи превратили движение крошечных частиц в запасенную энергию.
Практическое сдерживание демонов
Как вообще может работать информационная машина? Идея такой хитроумной штуковины, которая на первый взгляд могла бы нарушить законы физики, была впервые предложена шотландским ученым Джеймсом Клерком Максвеллом еще в 1867 году. Красочно названная «демоном Максвелла», такая машина теоретически могла бы достичь чего-то вроде вечное движение. Мысленный эксперимент Максвелла должен был показать, что можно нарушить второй закон термодинамики, который в основном утверждает, что количество энтропии или беспорядка всегда увеличивается.
Максвелл представил себе гипотетическое существо, демона, который будет контролировать открытие и закрытие крошечной двери между двумя газовыми камерами. Цель демона - отправить быстро движущиеся частицы газа в одно отделение, а медленные - в другое. При этом одно отделение будет более горячим (содержащим более быстрые молекулы), а другое - более холодным. Демон, по сути, создаст систему с большим порядком и запасенной энергией, чем та, с которой она начиналась. Не расходуя никакой энергии, это, по-видимому, привело бы к уменьшению энтропии.
Статья 1929 года о демоне Максвелла, написанная венгерским физиком Лео Силардом, на самом деле показала, что мысленный эксперимент не нарушает второй закон термодинамики. Демон, как доказал Сцилард, должен приложить некоторое количество энергии, чтобы выяснить, были ли молекулы горячими или холодными.
Более 150 лет спустя исследователи построили систему, которая работает в соответствии с идеями мысленного эксперимента Максвелла, превращая информацию в «работу».
Профессор физики Университета Сан-Франциско и старший автор Джон Беххофер, участвовавший в экспериментах, объяснил в заявлении для прессы, что их группа «хотела выяснить, с какой скоростью может работать информационный двигатель и сколько энергии он может потреблять». экстракт, поэтому мы сделали один.»
Профессор физики SFU Дэвид Сивак, руководивший теоретиками проекта, сказал, что их команда добилась значительного прогресса в разработке информационного двигателя, «расширив его возможности более чем в десять раз по сравнению с другими аналогичными реализациями»., что делает его лучшим на данный момент в своем классе».
Проектирование информационной системы
Их конструкция похожа на микроскопическую частицу, погруженную в воду, при этом она прикреплена к пружине, которая, в свою очередь, соединена со сценой, которую можно перемещать вверх. Исследователи, играя роль демона Максвелла, наблюдают, как частица движется вверх или вниз из-за теплового движения, а затем перемещают сцену вверх, если частица случайным образом отскакивает вверх. Если он отскакивает вниз, они ждут. Как пояснил аспирант Тушар Саха, «в результате вся система поднимается, используя только информацию о положении частицы».
Конечно, частица слишком мала, чтобы ее можно было прикрепить к пружине, поэтому в реальной установке использовался инструмент, известный как оптическая ловушка, которая «использует лазер для создания силы на частице, которая имитирует весну и сцену». По мере того, как они повторяли процесс, не притягивая частицу напрямую, частица поднималась на «большую высоту», накапливая большое количество гравитационной энергии, по словам исследователей.
Количество энергии, генерируемой этой системой, «сопоставимо с молекулярными механизмами в живых клетках», а «скорости сравнимы с быстро плавающими бактериями», - сказал научный сотрудник с докторской степенью Янник Эрих.
Хотя применение этой все еще развивающейся технологии еще предстоит полностью изучить, исследователи видят потенциальное применение в нанотехнологиях и нанобиологии. По словам исследователей, повышение скорости вычислений также может быть потенциальным направлением деятельности