211service.com
Fizikai informaciją paverčia energija
Štai žavus kūrinys. Pastatykite mažyčius laiptus ir ant apatinės pakopos uždėkite nedidelį polistirolo karoliuką (laiptus gana paprasta statyti naudojant elektrinius laukus).
Nesunku pastebėti, kad karoliuką stumdo atsitiktinis molekulių judėjimas aplinkiniame ore, gerai žinomas Brauno judėjimo reiškinys.
Dažniausiai Brauno judesys linkęs numušti karoliuką nuo laiptų žemyn, tačiau kartais stumdymas yra pakankamai stiprus, kad karoliuką pastumtų laipteliu aukštyn.
Atidžiai stebėkite karoliuką naudodami vaizdo kamerą ir kiekvieną kartą, kai matote, kad jis pakyla laipteliu, pakeiskite elektrinį lauką, kad jis vėl negalėtų nukristi. Tai tarsi užtvaros uždėjimas už karoliuko.
Kai kartosite šį procesą, rutuliukas judės laiptais aukštyn, skatinamas Browno judesio.
Būtent tokį eksperimentą Shoichi Toyabe iš Tokijo Chuo universiteto ir keli bičiuliai sėkmingai atliko. Tai reiškia, kad karoliukas kažkaip gali išgauti energiją iš aplinkos, o tai iš pirmo žvilgsnio atrodo kaip akivaizdus 2-ojo termodinamikos dėsnio pažeidimas.
Žinoma, čia yra daugiau, nei atrodo iš pirmo žvilgsnio. Toyabe ir bendradarbiai yra eksperimentinė garsiojo Maksvelo demono versija. Įsivaizduokite dėžę, užpildytą oru, bet padalytą per pusę barjeru. Maksvelo demonas yra įsivaizduojama būtybė, galinti atidaryti užtvarą, kad pro ją galėtų patekti greitai judančios molekulės, o lėtesnėms ją uždaryti.
Galų gale greitai judančios molekulės atsiduria vienoje barjero pusėje, kuri tampa karštesnė už kitą pusę, nors į sistemą nebuvo pridėta jokios energijos.
Kyla klausimas, ar Maksvelo demonas nepažeidžia 2-ojo termodinamikos dėsnio, kuris yra tas, kad šiluma negali pati tekėti iš vėsios į karštą sistemą.
Naujausias mąstymas yra toks, kad Maksvelo demonas nepažeidžia 2-ojo termodinamikos dėsnio, nes jis turi išmatuoti visų molekulių greitį prieš nuspręsdamas, kurią leisti, ir tam reikia energijos. Į tai atsižvelgus, pažeidimo nėra.
Bet čia yra įdomiausias dalykas. Nėra įprasto energijos perdavimo į sistemą: jokio kaitinimo, molekulių greitinimo ar panašių dalykų. Atrodo, kad pati informacija yra terpė, per kurią perduodama energija.
Toks mąstymas iki šiol buvo teorinis smalsumas. Toyabe ir draugai iš tikrųjų tai padarė – tai pirmasis eksperimentinis tokio energijos perdavimo pavyzdys. Tiesą sakant, jie šioje sistemoje informaciją pavertė energija.
Čia nėra termodinamikos pažeidimo. Šie vaikinai naudoja vaizdo kamerą, kad nustatytų karoliuko padėtį, todėl, atsižvelgus į fotoaparato energijos biudžetą, viskas veikia taip, kaip numato termodinamikos dėsniai.
Sunku pervertinti to, ką jie padarė, svarbą: jie sugebėjo valdyti nanomašiną – laiptais lipantį karoliuką – naudodamiesi tik informacija kaip maitinimo šaltiniu.
Tai, jų teigimu, yra visiškai naujo tipo variklis, kurį jie vadina informaciniu šilumos varikliu, ir nesunku įsivaizduoti jo potencialą.
Tai reiškia, kad dabar galima maitinti nanomašinas naudojant informaciją kaip energijos perdavimo terpę, net jei nėra tiesioginio kontakto su nanomašina.
Dabar užduotis bus sumažinti jutimo sistemą. Vaizdo kamera yra didžiulis dalykas, kurį galima vežtis. Akivaizdu, kad būtų patogu rasti kokį nors mikroskopinį būdą, kaip pajusti aplinką ir panaudoti surinktą informaciją nanoįrenginio maitinimui.
Dar neaišku, kaip tai padaryti, bet galite lažintis, kad Toyabe ir draugai dirba ties tuo. Ši idėja netgi gali sukelti šiek tiek susidomėjimo kitur.
Nuoroda: arxiv.org/abs/1009.5287 : Informacinis šilumos variklis: informacijos pavertimas energija naudojant grįžtamojo ryšio valdymą