Новий інформаційний движок підштовхує кордони термодинаміки

Звичайна термодинаміка

Фізики створили пристрій, який експериментально перевищило звичайний другий закон термодинаміки. Пристрій являє собою інформаційний движок, який перетворює інформацію в роботу, і це перший такий двигун, що відповідає новому запропонованому «узагальненого» з другим законом термодинаміки. Папір, в якій детально описується цей механізм з розбивкою кордонів, докладно описана в журналі Physical Review Letters.

Традиційно другий закон термодинаміки говорить, що повна ентропія (міра безладдя) з часом не може з часом зменшуватися в ізольованій системі, де енергія і речовина не можуть входити і виходити. Згідно з цим законом, існує обмеження на кількість енергії, яке може бути перетворено в роботу, оскільки перетворення не може бути на 100% ефективним.

Однак дослідники з Інституту фундаментальної науки в Ульсані, Південна Корея і Ульсанскій національний інститут науки і техніки знайшли спосіб перевершити цей стелю ефективності, що говорить про те, що ще багато що належить зрозуміти про таємничі відносинах між інформацією та термодинаміка.

Вони зробили це, створивши інформаційний движок, який іноді називають «демоном Максвелла», використовуючи частинки, захоплені світлом при кімнатній температурі. Через випадкового коливання тепла частинка рухається незначно, її руху відслідковуються фотодиодом. Якщо частинка рухається значно в певному напрямку, світлова пастка рухається в напрямку частки, слідуючи за нею.

Художнья інтерпретація експерименту за участю «Демона Максвелла». Зображення: Говинд Панера і співавтори.

Після багатьох повторень з часом цей інформаційний движок може переносити частку в зазначеному напрямку, просто отримуючи роботу з інформацією, отриманою з випадкових термічних змін. У цій системі немає вільної енергетичної складової, тому вона не має ефекту.

Штовхання кордонів

Результати цього пристрою «демон» підтримували можливість механізму без втрат, в якому практично вся доступна інформація перетворюється в роботу. Це представляє нову кордон в термодинаміки.

«Мислення про двигуни призвело до прогресу термодинаміки і статистичної механіки з тих пір, як Карно встановив межу ефективності теплових двигунів в 1824 році», - заявив фізик Хюк Кю Пак, автор цього дослідження. «Додавання обробки інформації у вигляді« демонів »встановлювало нові обмеження, і було необхідно перевірити нові межі в експерименті».

Не тільки це експериментальний пристрій перевершує традиційну термодинаміку, а й поставило питання про те, чи дійсно ефективність, з якою інформація може бути перетворена в роботу, взагалі обмежена. Отже, щоб дослідити цей потенціал і чому цей інформаційний движок перетнув такі кордону, фізики звернулися до недавно теоретизувати узагальненому другим законом термодинаміки.

У той час як звичайний закон обмежує роботу, «створену» в інформаційному движку тільки різницею між початковим і кінцевим станами вільної енергії, узагальнений закон додає друге обмеження - кількість доступної інформації. Цей другий компонент розширює кордон, спочатку створену звичайним законом, дозволяючи системі бути більш ефективною завдяки додатковій роботі, яка може бути залучена з інформації. Нова теорія пророкувала результати експерименту майже ідеально, при цьому інформаційний движок досягав близько 98,5% максимальної ефективності, допустимої узагальненим другим законом.

До сих пір це дослідження доводить тільки те, що ви можете підштовхувати обмеження традиційної термодинаміки (все ж, значний і незвичайний подвиг). Але, хоча це може привести до майбутніх досліджень в області наведення кордонів і дозволить фізикам краще зрозуміти взаємозв'язок між інформацією та термодинаміки, Пак сказав Phys.org, що існують потенційні додатки «створювати гібриди біологічних систем та інженерних, навіть в живих клітини", використовуючи нанотехнологію.

Література: Фізичні, фізичні огляди