Maxwells Demon Konverterer Information Til Energi

{h1}

For første gang har forskere omdannet information til ren energi, eksperimentelt bekræftet et tankeeksperiment, der først blev foreslået for 150 år siden.

For første gang har forskere omdannet information til ren energi, eksperimentelt bekræftet et tankeeksperiment, der først blev foreslået for 150 år siden.

Ideen blev oprindeligt formuleret af fysikeren James Clerk Maxwell, men det blev kontrovers, fordi det syntes at overtræde termodynamikens anden lov. Sæt i eksperimentelle termer, siger denne lov, at når varmt og koldt vand blandes, vil de i sidste ende nå en ligevægt mellem temperaturen.

Maxwell foreslog, at et hypotetisk væsen (senere kaldet Maxwells dæmon) kunne adskille vandet i to rum og reversere processen, isolere varme molekyler fra kulde ved kun at lade det varmere end gennemsnittet gennem en fældedør mellem rumene.

Fordi blandet vand betragtes som mere uordnet (dvs. af højere entropi) end adskilt vand, har dæmonen omdannet et system fra en tilstand af forstyrrelse til en tilstand af orden med kun information (viden om hvilke molekyler var varme og kolde).

Det syntes at overtræde loven, som også siger, at entropi ikke bør falde i et isoleret system. Med andre ord skulle dæmonen ikke have været i stand til at adskille det varme og kolde vand uden at bruge energi.

Senere ungarske fysiker Leó Szilárd foreslog, at processen ikke krænker fysikkens love, fordi dæmonen faktisk ville have været nødt til at bruge noget energi for at fastslå hvilke molekyler der er varme og kolde.

Sætter det i aktion

Mens videnskabsmænd har fortsat at diskutere teorien, har aldrig før nogen lagt eksperimentet i aktion.
For nylig gjorde fysikeren Shoichi Toyabe fra Chuo University i Japan og kolleger netop det.

"I dag har vi teknologien, selv enkle molekyler kan observeres, og vi kan styre meget små elementer meget hurtigt, så det er i princippet ikke svært at lave en slags Maxwells dæmon," sagde studiekoordinator Masaki Sano fra University of Tokyo.

Forskerne opstillede en meget miniature version af en vindeltrappe og fik et molekyle til at klatre op ad denne trappe ved hjælp af information.

I opsætningen blev trappen faktisk lavet af potentiel energi og skabt ved hjælp af elektriske felter. Molekylet havde en vis termisk energi - varme - så det ville svinge og bevæge sig i tilfældige retninger.

Forskerne brugte et højhastighedskamera til at fotografere molekylet. Da det var ved at bevæge sig op ad trappen, lod de det frie flytte, men da det skete at bevæge sig ned ad trappen, blokerede forskerne sin bevægelse ved at indsætte en virtuel væg ved hjælp af et elektrisk felt.

"Det er som om partiklen gør tilfældige trin op eller ned, men kun når partiklen går op ad trappen, sætter vi en mur på trappen for at undgå at partiklen falder ned", fortæller Sano WordsSideKick.com. "Det her er en Maxwells dæmon."

Da partiklen flyttede op ad trappen, fik den energi, fordi den flyttede til et sted med højere potentiale - ligesom at klatre i et bjerg. Alligevel måtte forskerne aldrig skubbe partiklen op på bjerget (det vil sige arbejde eller input energi) - de brugte simpelthen oplysningerne om hvilken retning det skete at flytte ind på et hvilket som helst tidspunkt for at styre klatringen.

Energi boost

Ikke alene var forskerne i stand til at flytte partiklen op ad trappen, men de kunne præcist måle hvor meget energi blev omdannet fra information.

Forskerne beskriver deres resultater i den 14. november online-udgave af tidsskriftet Nature Physics.

I et ledsagende essay i samme nummer af tidsskriftet kaldte fysiker Christian Van den Broeck fra Universitetet i Hasselt i Belgien, som ikke var involveret i den nye undersøgelse, "en direkte verifikation af information til energi-omdannelse."

Selvom eksperimentet selv viser, at det er muligt at skabe energi ud af information, giver teknikken i praksis ikke potentiale til at løse energikrisen nogen gang snart.

"Den sande energiske pris ved dette information-til-energi konvertering eksperiment ligger noget skjult i sit enorme perifere apparat (herunder den ph.d.-studerende, der driver eksperimentet)," skrev Van den Broeck. "Som sådan minder eksperimentet om at producere et lille skud af energi fra nuklear fusion i en reaktor, der bruger betydeligt mere energi."

  • Twisted Physics: 7 Seneste Mind-Blowing Findings
  • Album - Bag scenerne ved den største amerikanske Atom Smasher
  • Top 10 Uforklarede Fænomener


Video Supplement: Tips and Tricks for the MacBook Pro's Touch Bar.




Forskning


'End Of The World' Er I Dag. Her Er Hvorfor Vi Stadig Er Her.
'End Of The World' Er I Dag. Her Er Hvorfor Vi Stadig Er Her.

Hvordan Havfruer Arbejder
Hvordan Havfruer Arbejder

Videnskab Nyheder


Kram Et Træ! 5 Sjove Fakta Om Jordens Dag
Kram Et Træ! 5 Sjove Fakta Om Jordens Dag

Denne Influensasæson Kan Være En Whopper, Embedsmænd Advarer
Denne Influensasæson Kan Være En Whopper, Embedsmænd Advarer

Paralyzing Cone Snail Venom Kan Inspirere Nye Humane Insuliner
Paralyzing Cone Snail Venom Kan Inspirere Nye Humane Insuliner

Antarktis Isbergs Split Reveals Økosystem Skjult For Tusindvis Af År
Antarktis Isbergs Split Reveals Økosystem Skjult For Tusindvis Af År

Dyreste Biler Til Forsikring (Infographic)
Dyreste Biler Til Forsikring (Infographic)


DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com