Silnik wykorzystujący paliwo - informację. Wywoływanie demona sprzed 150 lat
Wyniki badań na ten temat opublikowane zostały w "Proceedings of the National Academy of Sciences" (PNAS). A artykule dowiadujemy się, w jaki sposób naukowcy przekształcili ruchy cząsteczek w zmagazynowaną energię, użytą następnie do napędu urządzenia.
Pomysł takiego układu, które na pierwszy rzut oka wydaje się łamać prawa fizyki, został po raz pierwszy wysunięty przez szkockiego naukowca Jamesa Clerka Maxwella w 1867 roku. Myślowy eksperyment znany pod wyrazistą nazwą "demon Maxwella" to hipotetyczna maszyna, która zdaniem niektórych mogłaby pozwolić na coś na kształt perpetuum mobile, a inaczej mówiąc, wykazać, że możliwe jest złamanie drugiego prawa termodynamiki mówiącego o wzroście entropii w przyrodzie.
Maxwell wyobraził sobie hipotetyczną istotę, demona, który kontrolowałby otwieranie i zamykanie maleńkich drzwi pomiędzy dwiema komorami z gazem. Celem demona byłoby wysyłanie szybko poruszających się cząsteczek gazu do jednej komory, a tych powolnych do drugiej. W ten sposób jedna komora byłaby cieplejsza (zawierałaby szybsze cząsteczki), a druga chłodniejsza. Demon miałby stworzyć system o większym porządku i zmagazynowanej energii niż ten, z którym zaczynał, nie wydatkując żadnej energii, czyli pozornie osiągnąłby spadek entropii.
Jednak praca węgierskiego fizyka Leo Szilarda z 1929 roku na temat demona Maxwella wykazała, że eksperyment myślowy nie narusza drugiego prawa termodynamiki. Demon, dowiódł Szilard, musiałby wykrzesać pewną ilość energii, aby zorientować się, czy molekuły są gorące, czy zimne.
Teraz naukowcy z kanadyjskiej uczelni zbudowali system, który działa zgodnie z ideą eksperymentu myślowego Maxwella, zamieniając informację w "pracę". Ich projekt zakłada model cząstki, która jest zanurzona w wodzie, będąc jednocześnie przymocowana do sprężyny, która z kolei jest połączona ze sceną, która może być przesuwana w górę.
Naukowcy, wcielając się w rolę demona Maxwella, obserwują, jak cząstka porusza się w górę lub w dół na skutek ruchu termicznego, a następnie przesuwają scenę w górę, jeśli cząsteczka losowo odbije się w górę. Jeśli odbije się w dół, czekają. Jak wyjaśnia w publikacji jeden z badaczy, Tushar Saha, "kończy się to podniesieniem całego systemu (czyli zwiększenie energii grawitacyjnej - red.) przy użyciu jedynie informacji o położeniu cząstki" (1).
Oczywiście, cząstka elementarna jest zbyt mała, by przyczepić ją do sprężyny, więc w rzeczywistym układzie (2) wykorzystano instrument znany jako pułapka optyczna - z laserem do wywarcia na cząstce siły, która naśladuje siłę działającą na sprężynę.
Powtarzając proces, bez bezpośredniego ciągnięcia cząstki, cząstka została uniesiona na "dużą wysokość", gromadząc dużą ilość energii grawitacyjnej. Tak przynajmniej twierdzą autorzy eksperymentu. Ilość energii, jaką generuje ten system, jest "porównywalna do molekularnej maszynerii w żywych komórkach", z "prędkością porównywalną do szybko pływających bakterii", wyjaśnia inny członek zespołu, Jannik Ehrich.
Mirosław Usidus
