召唤一个'恶魔'将信息转化为能量


作者:Stephen Battersby恶魔可以释放出物理和幻想中的神秘能量构建真实版本的“麦克斯韦恶魔” - 可以将信息转化为有用的能量 - 可能意味着未来的纳米机器可以完全由信息驱动詹姆斯·克拉克·马克斯韦尔(James Clerk Maxwell)于1867年设想,恶魔利用微观世界的随机热运动它可能会在螺旋楼梯上观看一个小球,等待它随机跳上一步,然后猛击一个障碍物以阻止球再次向下移动如果恶魔继续这样做,那么球就会继续攀爬然后可以使用球的势能来驱动发动机最初,看起来麦克斯韦的恶魔似乎无所事事,创造了一个永动机,但后来很明显恶魔必须花费一些精力来获取有关这些随机运动的信息,所以它不会破坏热力学定律毕竟但没有人能够在身体上展示恶魔,并确定无疑现在由日本东京中央大学的Eiro Muneyuki和东京大学的Masaki Sano领导的日本研究人员使用微型转子和电场来构建麦克斯韦恶魔的版本转子由两个相互连接的聚苯乙烯珠粒形成,每个珠粒的宽度为0.3微米一个固定在玻璃表面上,另一个自由旋转,整个物体浸入液体中受到流体分子的冲击,转子顺时针转动,逆时针转动但随后研究人员增加了一个复杂的电场,它向转子施加一个平缓的扭矩,转子在不同的角度变化扭矩类似于作用在楼梯上的小球上的重力就像球偶尔向上移动一样,转子有时会受到其他分子的冲击,以抵抗轻微的扭矩但总的来说,现在更有可能向扭矩方向移动(相当于在螺旋楼梯中向下跳跃)而不是向它移动(相当于向上跳跃)最后,进入恶魔,其眼睛是相机,大脑是控制电场的计算机每当转子在扭转扭矩方面取得一些进展时,恶魔就会移动电场,使转子突然发现自己轻推到那个“台阶”的顶部这种情况不断发生,整体效果是逐渐爬上楼梯就像这样,转子获得能量然而,至关重要的是,恶魔不需要向转子注入任何能量,只需要关于转子位置的信息,它用于切换磁场关于转子位置的视频信息可以用数字位来量化研究人员研究出能量和信息之间的汇率与理论预测相符:在室温下,一点信息转换为大约3 x 10-21焦耳在此之前,其他研究人员已经召集了麦克斯韦恶魔的版本,但他们没有测量能量增益和使用的信息,该团队成员东京中央大学的Shoichi Toyabe说 “我们已经证实,信息确实可以转化为潜在的能量,并且恶魔的基本原则是正确的,”他对“新科学家”说 Toyabe说,尽管系统产生的能量似乎微不足道,但它可能足以为未来的纳米机提供动力此外,根据比利时哈瑟尔特大学的Christian van den Broeck的说法,能源和信息之间的关系有朝一日可能会对未来超高效计算机所能存储的信息量产生根本性的限制期刊参考:Nature Physics,DOI:10.1038 / NPHYS1821关于这些主题的更多信息:
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