เป็นครั้งแรกที่นักวิทยาศาสตร์ได้แปลงข้อมูลเป็นพลังงานบริสุทธิ์โดยตรวจสอบการทดลองทางความคิดครั้งแรกที่เสนอเมื่อ 150 ปีก่อน
ความคิดนี้ถูกกำหนดโดยนักฟิสิกส์เจมส์เสมียนแมกซ์เวลล์ แต่มันได้รับการโต้เถียงเพราะดูเหมือนว่าจะละเมิดกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์- ในแง่ของการทดลองกฎหมายนี้ระบุว่าเมื่อน้ำร้อนและน้ำเย็นผสมกันในที่สุดพวกเขาก็จะถึงอุณหภูมิที่สมดุล
แมกซ์เวลเสนอว่าสิ่งมีชีวิตสมมุติ (ต่อมาขนานนามว่าปีศาจของแม็กซ์เวลล์) สามารถแยกน้ำออกเป็นสองช่องและย้อนกลับกระบวนการแยกโมเลกุลร้อนจากความเย็นโดยปล่อยให้เพียงแค่ร้อนกว่าค่าเฉลี่ยผ่านประตูกับช่องระหว่างช่อง
เนื่องจากน้ำผสมถือว่าไม่เป็นระเบียบมากขึ้น (เช่นเอนโทรปีที่สูงกว่า) มากกว่าน้ำที่แยกจากกันปีศาจจึงแปลงระบบจากสถานะของความผิดปกติไปสู่สภาวะของระเบียบโดยใช้ข้อมูลเท่านั้น (ความรู้ที่โมเลกุลร้อนและเย็น)
ดูเหมือนจะละเมิดกฎหมายซึ่งระบุว่าเอนโทรปีไม่ควรลดลงในระบบที่แยกได้ กล่าวอีกนัยหนึ่งปีศาจไม่ควรแยกน้ำร้อนและน้ำเย็นโดยไม่ต้องใช้พลังงาน
นักฟิสิกส์ฮังการีในภายหลังLeóSzilárdเสนอว่ากระบวนการนี้ไม่ได้ละเมิดกฎของฟิสิกส์เพราะในความเป็นจริงปีศาจจะต้องใช้พลังงานบางอย่างเพื่อตรวจสอบว่าโมเลกุลใดร้อนและเย็น
นำไปปฏิบัติ
ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์ยังคงถกเถียงทฤษฎีอย่างต่อเนื่องไม่เคยมีใครมาก่อนที่จะทำการทดลองในการกระทำอีกครั้งนักฟิสิกส์ Shoichi Toyabe แห่งมหาวิทยาลัย Chuo ในญี่ปุ่นและเพื่อนร่วมงานก็ทำเช่นนั้น
“ ทุกวันนี้เรามีเทคโนโลยีแม้แต่โมเลกุลเดี่ยวก็สามารถสังเกตได้และเราสามารถควบคุมองค์ประกอบเล็ก ๆ ได้อย่างรวดเร็วดังนั้นในหลักการแล้วมันไม่ยากที่จะสร้างปีศาจของ Maxwell” Masaki Sano ผู้ร่วมการศึกษาของมหาวิทยาลัยโตเกียวกล่าว
นักวิจัยได้ตั้งค่าบันไดหมุนวนขนาดเล็กมากและทำให้โมเลกุลปีนขึ้นบันไดนี้โดยใช้ข้อมูล
ในการตั้งค่าบันไดทำจากพลังงานที่มีศักยภาพและสร้างขึ้นโดยใช้สนามไฟฟ้า โมเลกุลมีพลังงานความร้อน - ความร้อน - ดังนั้นมันจะผันผวนและเคลื่อนที่ไปในทิศทางแบบสุ่ม
นักวิทยาศาสตร์ใช้กล้องความเร็วสูงในการถ่ายภาพโมเลกุล เมื่อมันเกิดขึ้นที่จะขยับขึ้นบันไดพวกเขาปล่อยให้มันเคลื่อนไหวได้อย่างอิสระ แต่เมื่อมันเกิดขึ้นที่จะเลื่อนลงบันไดนักวิจัยปิดกั้นการเคลื่อนไหวของมันโดยการแทรกผนังเสมือนจริงโดยใช้สนามไฟฟ้า
“ มันเหมือนกับว่าอนุภาคกำลังทำแบบสุ่มขึ้นหรือลง แต่เมื่ออนุภาคขึ้นบันไดเราวางกำแพงไว้บนบันไดเพื่อหลีกเลี่ยงอนุภาคที่ตกลงมา” ซาโน่บอกกับชีวิต "นี่เป็นปีศาจของ Maxwell"
ในขณะที่อนุภาคขยับขึ้นบันไดมันได้รับพลังงานเพราะมันย้ายไปยังตำแหน่งที่มีศักยภาพสูงกว่า - คล้ายกับการปีนภูเขา แต่นักวิจัยไม่เคยต้องผลักอนุภาคขึ้นไปบนภูเขา (เช่นทำงานหรือพลังงานอินพุต) - พวกเขาใช้ข้อมูลเกี่ยวกับทิศทางที่เกิดขึ้นในเวลาใดก็ตามเพื่อเป็นแนวทางในการปีน
เพิ่มพลังงาน
ไม่เพียง แต่นักวิจัยสามารถเคลื่อนย้ายอนุภาคขึ้นบันไดได้ แต่พวกเขาสามารถวัดได้อย่างแม่นยำว่าพลังงานถูกแปลงจากข้อมูลมากแค่ไหน
นักวิจัยอธิบายผลลัพธ์ของพวกเขาในฉบับที่ 14 พ.ย. ออนไลน์ของวารสาร Nature Physics
ในเรียงความประกอบในวารสารฉบับเดียวกันนักฟิสิกส์ Christian Van Den Broeck จาก University of Hasselt ในเบลเยียมซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษาใหม่เรียกมันว่า "การตรวจสอบโดยตรงของการแปลงข้อมูลเป็นพลังงาน"
ในขณะที่การทดลองแสดงให้เห็นว่าเป็นไปได้ที่จะสร้างพลังงานจากข้อมูลในทางปฏิบัติเทคนิคนี้ไม่ได้มีศักยภาพในการแก้วิกฤตพลังงานในไม่ช้า
“ ค่าใช้จ่ายที่แท้จริงของการทดลองแปลงข้อมูลเป็นพลังงานนี้ค่อนข้างซ่อนอยู่ในอุปกรณ์รอบข้างขนาดใหญ่ (รวมถึงนักศึกษาปริญญาเอกที่ดำเนินการทดลอง)” Van Den Broeck เขียน "ดังนั้นการทดลองจึงชวนให้นึกถึงการผลิตพลังงานเล็ก ๆ จากฟิวชั่นนิวเคลียร์ในเครื่องปฏิกรณ์ที่ใช้พลังงานมากขึ้น"
- Twisted Physics: 7 การค้นพบที่น่าเหลือเชื่อเมื่อเร็ว ๆ นี้
- อัลบั้ม - เบื้องหลังของ Atom Smasher ที่ใหญ่ที่สุดในสหรัฐอเมริกา
- ปรากฏการณ์ 10 อันดับแรกที่ไม่ได้อธิบาย
