A fizikusok megfigyelték Maxwell démonját akció közben

Egy úttörő felfedezés betekintést enged “Maxwell démonjának” elméjébe. A Maxwell-démon egy gondolatkísérlet, amelyet James Clerk Maxwell skót fizikusról (1831–1879) neveztek el, aki 1871-ben adta közre először.

A „démon” egy olyan elképzelt elméleti lény vagy szerkezet, amelynek működése, megkérdőjelezné a termodinamika második főtételének érvényességét. A „Maxwell-démonnak” elnevezett elméleti felvetésből adódó fizikai dilemmát számos fizikus feldolgozta, ebből új ismeretek keletkeztek az információ és az energia összefüggéséről, és Einstein-féle tömeg-energia egyenértékűségről (E = mc²) stb.

A démon elméleti lehetőségéből (vagy lehetetlenségéből) származó következtetések keresése ma is inspirálja az elméleti fizikát, a vele kapcsolatos asszociációk bevonultak a természetszemléletbe, filozófiába és művészetekbe is.

Janet Anders, az Exeter Egyetemről, egy nemzetközi csapat tagjaként szupravezető áramköröket használt, hogy életre hívja a “démont”.

Az először James Clerk Maxwell – a történelem egyik legmeghatározóbb fizikusa – által 1867-ben leírt démon, egy olyan feltételes lény vagy szerkezet (a démon-t már csak később találták ki), ami képes több hasznos energiát kinyerni egy termodinamikai rendszerből mint amit a termodinamika második törvénye lehetővé tenne.

Létfontosságú volt a kísérletre nézve hogy az energia felvétel mellett a kutatók az információ elraktározását is kövessék.

Az eredeti hipotézis szerint két egymás mellett lévő doboz között a gázrészecskék egy kicsi “démon” vagy szerkezet által működtetett ajtón képesek csak áthaladni, a szerkezet viszont a gyors, nagyobb energiájú részecskéket az egyik, a lassabb, alacsonyabb energiájú részecskéket pedig a másik irányba engedi tovább.

Ennek köszönhetően az egyik dobozban nagyobb lesz az átlagos energiaszint mint a másikban, ezzel nyomáskülönbséget hozva létre. Ez a nem egyensúlyi rendszer energia nyerésre is felhasználható, hasonlón egy duzzasztógát működéséhez.

Így az eredetileg egyensúlyba lévő gáz, a démon hatására egy nem egyensúlyi rendszerré alakul, amiből a kinyerhető energia áthágja a termodinamika második törvényét.

“Az 1980-as években felfedezték, hogy nem ez a teljes történet. A részecskék tulajdonságai információként megmaradnak a démon memóriájában. Ez az információ egy energia vesztességgel jár, ami lecsökkenti a démon által nyert energiát nullára, ezzel megoldva a paradoxont.” mondta Anders.

A kutatás során a csapat egy kvantum “Maxwell démont” hozott létre, ami egy szupravezető kvantumbitből energiát elvonó mikrohullám üregként jelent meg. A csapat képes volt teljesen feltérképezni a démon memóriáját a beavatkozást követően, amiben a kutatók megtalálták a kvantumbit állapotát tároló információt.

“A tény, hogy a rendszer kvantum mechanikusan működik, azt jelenti hogy a részecske rendelkezhet magas és alacsony energiával is ugyanabban az időpillanatban, nem csak az egyikkel mint azt Maxwell eredetileg gondolta.” mondta Anders.

Ez az úttörő felfedezés betekintést enged a kvantum információ és a termodinamika kölcsönhatásába, ami jelentős előrelépést jelent a nanoméretű termodinamikai folyamat elméletének kidolgozásában.

Forrás: pnas.org

Szerkesztő: arsratio

Oszd meg

Hozzászólás

A honlap további használatához a sütik használatát el kell fogadni. További információ

A süti beállítások ennél a honlapnál engedélyezett a legjobb felhasználói élmény érdekében. Amennyiben a beállítás változtatása nélkül kerül sor a honlap használatára, vagy az "Elfogadás" gombra történik kattintás, azzal a felhasználó elfogadja a sütik használatát.

Bezárás