Ενέργεια από πληροφορία

By | 30 Σεπτεμβρίου, 2010

Όσοι έχετε ακουστά τον δαίμονα του Μάξουελ, σηκώστε το χέρι σας τώρα – και πηγαίνετε στο τέλος του άρθρου. Οι υπόλοιποι απλά συνεχίστε να διαβάζετε. Σε ένα από τα πειράματα σκέψης του, ο Μάξουελ υπέθεσε τη δυνατότητα φαινομενικής παραβίασης του δεύτερου νόμου της θερμοδυναμικής μέσω ενός “δαίμονα”. Το πείραμα πήγαινε ως εξής:

Έστω ότι χωρίζουμε ένα κουτί με αέρα στη μέση. Ένας δαίμονας ο οποίος παρακολουθεί το κουτί έχει τη δυνατότητα να επιτρέψει ή να απαγορεύσει σε κάθε άτομο αέρα να περάσει από τη μια μερία του κουτιού στην άλλη. Με αυτή τη φανταστική δυνατότητα θα μπορούσε να επιτρέψει μόνο στα αργά κινούμενα άτομα του αέρα να περάσουν στην αριστερή μεριά και μόνο τα γρήγορα κινούμενα στα δεξιά. Αποτέλεσμα; Η θερμοκρασία στη δεξιά μεριά του κουτιού θα αύξανε, χωρίς την εισαγωγή νέας ενέργειας στο σύστημα – κουτί.

Βέβαια, σε αυτή την περίπτωση οι νόμοι της θερμοδυναμικής δεν παραβιάζονται, μιας και οποιοδήποτε ρεαλιστικό σύστημα παρατήρησης (πέρα των δαιμονικών προφανώς) θα απαιτούσε ενέργεια για να λειτουργήσει, και κατά συνέπεια θα έπρεπε να συμπεριληφθεί σαν κομμάτι του συστήματος στους υπολογισμούς για την κατανάλωση ενέργειας και την αντίστοιχη έκλυση θερμότητας (άλλως γνωστή και ως εντροπία).

Παρά το περίεργο του πειράματος, μια υλοποίηση θα είχε και πρακτικά οφέλη, κυρίως για τη δυνατότητα που θα έδινε να μεταφέρεται ενέργεια σε νανομηχανές. Αυτό ακριβώς πέτυχε μια ομάδα φυσικών από το Chuo University του Τόκυο χρησιμοποιώντας μια μικρή σκάλα και ένα φράγμα, φτιαγμένα από ηλεκτρικά πεδία, καθώς και μια βιντεοκάμερα σαν σύστημα παρατήρησης.

Το σύστημα δουλεύει με μια αντίστοιχη αρχή όπως το πείραμα του Μάξουελ που προαναφέραμε. Μια μικροσκοπική μπίλια αφήνεται στο κάτω σκαλοπάτι, με το φράγμα πίσω της. Λόγω της κίνησης Brown, τα σωματίδια του αέρα που συγκρούονται μαζί της της δίνουν ώθηση. Κάθε φορά που κάποιο από αυτά τυχαίνει να τη σπρώξει σε ένα ανώτερο σκαλοπάτι, το σύστημα μετακινεί το ηλεκτρικό φράγμα πίσω της, μην επιτρέποντας σε κάποιο άλλο σωματίδιο να τη ρίξει σε ένα χαμηλότερο σκαλοπάτι. Κατά συνέπεια, παράγουμε έργο από το τίποτα – μόνο με παρατήρηση της κίνησης της μπίλιας – εξάγοντας την ενέργεια που χρειαζόμαστε από το περιβάλλον.

Συνοψίζοντας, μια μικρή νανομηχανή / μπίλια κατάφερε να ανέβει μια μικροσκοπική σκάλα χρησιμοποιώντας “πληροφορία” σαν καύσιμο. Με άλλα λόγια, πλέον μπορούμε να κατασκευάσουμε νανομηχανές που θα τροφοδοτούνται αποκλειστικά με πληροφορία, χωρίς να χρειάζεται καν φυσική επαφή μαζί τους. Μια τέτοια μηχανή “θερμότητας-πληροφορίας” όπως την αποκαλούν θα μπορούσε να αλλάξει δραστικά τον νανόκοσμο.

Βλέπε arxiv.org/abs/1009.5287: Information Heat Engine: Converting Information To Energy By Feedback Control

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται.

Αυτός ο ιστότοπος χρησιμοποιεί το Akismet για να μειώσει τα ανεπιθύμητα σχόλια. Μάθετε πώς υφίστανται επεξεργασία τα δεδομένα των σχολίων σας.