Фізики конвертували інформацію в енергію

Ученим вдалося вперше продемонструвати інформаційний тепловий двигун, який може зробити революцію в області способу підживлення енергією наноустройств.

Представьте собі, що є крихітні сходинки, на самій нижній з яких знаходиться маленька полістероловой бусинка (такі сходи можна без праці зробити, використовуючи електричні поля).

Естественно, така бусинка піддається постійному тиску молекул, які хаотично рухаються навколо неї, внаслідок відомого феномена під назвою броунівський рух.

Чаще всього, броунівський рух зіштовхує намистинку вниз, але іноді, тиск набирає силу достатню для виштовхування намистинки на одну сходинку вгору.

Еслі стежити за бусинкою за допомогою камери, то можна помічати, коли бусинка переходить на сходинку вище і в цей момент міняти електричне поле таким чином, щоб вона не могла спуститися нижче. Тобто позаду намистинки утворюється своєрідні бар'єр.

Прі неодноразовому повторенні даного процесу, бусинка буде рухатися вгору по сходах, за рахунок броунівського руху.

Такой експеримент і був успішно проведений Шоічі Тоябе з університету Чуо в Токіо і кількома його колегами. Отримані результати свідчать, що бусинка, якимось чином, може витягувати енергію з навколишнього простору, що, на перший погляд, суперечить другому закону термодінамікі.

Конечно, сенс цього експерименту глибше, ніж здається на перший погляд. Тоябе з колегами створили експериментальну версію знаменитого демона Максвелла. Уявіть собі коробку наповнену повітрям, але розділену на дві половини перегородкою. Демон Максвелла є уявним істотою, що здатна давати доступ через перегородку (тільки в одну сторону, допустимо зліва направо) тільки найшвидшим молекулам, перекриваючи дорогу для повільних частинок.

В Зрештою, швидкі молекули скопляться на одній зі сторін, яка стане гарячою, а інша сторона охолоне. Таким чином, вдалося здійснити роботу по охолодженню одного боку і нагріванню інший, без витрат додаткової енергії.

Вопрос полягає в тому, чи порушує демон Максвела другий закон термодинаміки, згідно з яким, тепло не може передаватися від холодного тіла до гарячого.

В наш час прийнято вважати, що демон Максвелла чи не порушує другий закон термодинаміки, так як перед тим, як вирішити які молекули в яку сторону пропускати, він повинен виміряти їх швидкість, а це само по собі вимагає енергії. Таким чином, протиріччя тут немає.

Но в систему не надходить енергія в традиційному її розумінні: нічого не нагрівається і не відбувається прискорення молекул. Замість цього, сама інформація є засобом передачі енергіі.

Ранее, це було всього лише цікавим уявним експериментом. Але Тоябе з колегами вдалося провести цей експеримент на практиці, вперше продемонструвавши подібну передачу енергії. По суті, вони конвертували інформацію в енергію.

Здесь немає порушення законів термодинаміки. Вони використовували відеокамеру, щоб визначити місце знаходження намистинки - і беручи до уваги споживання енергії відеокамерою, все працює відповідно до висновків термодинаміки.

Трудно переоцінити значення їх досягнень: їм вдалося керувати наномеханізми, що складається з намистинки, підійматися по сходах, використовуючи інформацію в якості джерела енергії.

Оні розповіли, що це абсолютно новий тип двигуна, який вони назвали інформаційним тепловим двигуном. Не важко уявити яким потенціалом володіє дане відкриття.

Ето дозволить живити наномашини, використовуючи інформацію в якості передавача енергії, навіть не володіючи прямим зв'язком з наномеханізми.

Сегодня вчені поставили перед собою таку задачу щодо зменшення системи спостереження. Відеокамера занадто велика. Природно, набагато зручніше було б використовувати будь мікроскопічний спосіб по стеженню за навколишнім середовищем, щоб використовувати зібрану інформацію для живлення наноустройства.

Пока не ясно як це можна зробити, але Тоябе з колегами вже працюють над цим.

Орігінал (на англ. Мовою): Technologyreview

• Грибы как компьютерные чипы: учёные создают «живую память» из шиитаке
• Учёные создали трёхслойное микрофлюидное устройство для сверхэффективного охлаждения электроники
• Обычный кристалл оказался идеальным материалом для технологий на сверхнизких температурах
• Учёные научились превращать снимки атомно-силового микроскопа в точные 3D-модели движений белков
• Учёные создали уникальный гидрогель для «неклонируемых» меток безопасности
• Роботы нового поколения: в Caltech создали систему, которая может ходить, ездить и летать
• Учёные создали 3D-печатные материалы, которые полностью гасят вибрации
• Квантовые кристаллы: как учёные из Оберна открыли путь к новой технологической революции