Японские физики собрали искусственного демона Максвелла

Японским физикам впервые удалось превратить информацию в энергию. Статья ученых опубликована в журнале Nature Physics, а ее краткое изложение приводит Nature News.
В рамках работы ученые поместили бусинку из полистирола продолговатой формы в специальный раствор, который сами организаторы эксперимента называют буферным. Размер бусины составлял около 300 нанометров. Во время эксперимента бусина помещалась в емкость с раствором, на дне которой располагались электроды, на которые подавался переменный ток.

Электромагнитное поле индуцировало на бусинке, выполненной из диэлектрика, поляризацию таким образом, что в поле ей было более энергетически выгодно вращаться по часовой стрелке, чем против нее. Вместе с тем из-за небольших размеров на вращение бусинки оказывало заметное (и случайное) влияние броуновское движение молекул раствора.

Состояние бусинки мониторилось при помощи микроскопа и камеры для высокоскоростной съемки. В зависимости от поведения бусинки фаза одного из электродов менялась. В результате бусинка набирала механическую энергию. Подсчеты исследователей показали, что этой энергии было больше, чем работа, совершаемая электромагнитным полем.

Основой для эксперимента стали теоретические выкладки Лео Сциларда, опубликованные им в работе 1929 года. Ученые подчеркивают, что закон сохранения энергии в данном случае не нарушается, поскольку для работы ЭВМ и камер требуется электрическая энергия. Вместе с тем непосредственно передачи энергии бусинке, потраченной на работу того же ЭВМ, не происходит - в рамках эксперимента происходит превращение информации в энергию и наоборот.

Физики отмечают, что на создание данного эксперимента их вдохновил знаменитый демон Максвелла. В 1867 году Джеймс Максвелл предложил мысленный эксперимент, якобы опровергающий второе начало термодинамики. В рамках эксперимента имелось две емкости с газом, разделенные дверью и демон, который был способен открывать и закрывать эту самую дверь.

Предполагалось, что демону известны скорости молекул - перед быстрыми он открывал дверь, а перед медленными, наоборот, закрывал. В результате одна из емкостей нагревалась, а вторая остывала. В это же время Второе начало термодинамики утверждает, что самопроизвольный переход тепла от тела, менее нагретого, к телу, более нагретому, невозможен.