Корейские физики испытали «информационный двигатель»

Физики Института базовых наук в Ульсане (Южная Корея) впервые экспериментально продемонстрировали "информационный двигатель" – ранее существовавшее лишь в теории устройство, превращающее информацию в работу с почти 100-процентной эффективностью.

Традиционно максимум эффективности, с которой двигатель может превращать энергию в работу, ограничен вторым законом термодинамики. Однако эксперименты последних 10 лет показали, что эту границу можно перейти, если двигатель сможет получать информацию из окружающей среды и превращать ее в работу. Эти «информационные двигатели» (или «демоны Максвелла», в честь первого, кто предложил такой мысленный эксперимент) возможно реализовать благодаря фундаментальной связи информации и термодинамики, которую ученые еще только пытаются осознать в полной мере.

Govind Paneru

Обобщенный второй закон термодинамики утверждает, что работа, полученная из «информационного двигателя», ограничена суммой двух компонентов: первый — это разница свободной энергии между финальным и начальным состоянием (это единственное ограничение, наложенное на обычные двигатели традиционным вторым законом термодинамики) и объем доступной информации (эта часть устанавливает верхний предел дополнительной работы, которую можно получить из информации). Однако, до сих пор не существовало никакой экспериментальной информации по этим вопросам.

Для достижения максимальной эффективности, предсказанной обобщенным вторым законом термодинамики, ученые разработали и привели в действие «информационный двигатель», сделанный из частицы, пойманной светом при комнатной температуре. Случайные температурные флуктуации вызывают броуновское движение частицы, а фотодиод следит за изменением ее положения с точностью 1 нм. Если частица отходит на определенное расстояние от начального положения, свет движется в ее направлении. Процесс повторяется, так что со временем двигатель переносит частицу в желаемое направление просто получая работу из информации о случайных температурных колебаниях системы (компонент свободной энергии тут равен нулю, так что он не влияет на полученную работу).

Одно из самых важных свойств этой системы — почти мгновенный отклик: ловушка сдвигается всего за долю миллисекунд, не давая частице продвинуться дальше и рассеять энергию. В результате почти нет потери энергии. Таким образом, производительность процесса достигает приблизительно 98,5% от предела, установленного обобщенным вторым законом термодинамики. Помимо важности для фундаментальной физики, это исследование имеет и практическую ценность, например, для нанотехнологий или создания гибридных биологических систем, в которых информация используется для управления молекулярными процессами, пишет Phys.org.

В мозге обнаружен механизм, отвечающий за творческое мышление

Ученые из МФТИ и РАН полагают, что в квантовых системах второй закон термодинамики может локально нарушаться. Но если в классической физике уменьшение энтропии связано с передачей тепловой энергии, то в квантовом мире снижение энтропии может происходить без передачи энергии — за счет квантовой запутанности.

Подписывайтесь
на наши каналы в Telegram

«Хайтек»новостионлайн

«Хайтек»Dailyновости 3 раза в день

Первая полоса
Суперкомпьютер раскрыл тайны «молекулярного ремонта» ДНК
Наука
В Китае разработали батарейку с радиоактивным углеродом, которая проработает до 100 лет
Наука
Ученые MIT разработали «простой способ» превратить клетки кожи в нейроны
Наука
Microsoft запускает ИИ Copilot для геймеров: он будет работать, как тренер
Новости
Частный лунный модуль сфотографировал солнечное затмение с Луны
Космос
Почему Вселенная несимметрична: физики приблизились к разгадке тайны
Новости
Посмотрите на обратную сторону спутника Марса: это второе фото в истории
Новости
Это приложение буквально заставляет трогать траву и блокирует соцсети
Новости
Посмотрите на место гибели лунного аппарата «Афина»
Новости
Apple призвала срочно обновить iPhone из-за критической уязвимости  
Новости
В РосНИИРОС опровергли планы ICANN закрыть домен .su  
Новости
Европейские охотники каменного века «путешествовали» по морю в Африку
Наука
Зонд «Гера» сделал снимки спутника Марса на пути к «пострадавшему в ДТП» астероиду
Космос
В испанской пещере нашли «фрагменты лица» древнейшего жителя Западной Европы
Наука
Стартап представил робота, который готовит как шеф-повар лучших ресторанов
Новости
В паровом реакторе впервые зажгли термоядерную плазму
Новости
Работа, написанная ИИ, прошла научное рецензирование, но есть нюансы
Наука
Смертоносные звезды: два массовых вымирания связали со взрывами сверхновых
Космос
Сразу четыре похожих на Землю планеты нашли у ближайшей одиночной звезды
Космос
Физики обнаружили доказательство предсказания Хокинга
Космос