Физици създадоха първия фотонен модел на "демона на Максуел" (видео)

Наука ОFFNews Последна промяна на 17 февруари 2016 в 15:08 14368 2

Кредит Vidrighin/American Physical Society
Експериментална установка на фотонния демон на Максуел.

Демонът на Максуел е хипотетично микроскопично живо същество, резултат от един мисловен експеримент на британския физик и математик Джеймс Кларк Максуел през 1867. Това въображаемо същество може да превръща топлинна енергия в работа като нарушава втория закон на термодинамиката.

Този мисловен експеримент е изследван отдавна, но повечето от тези проучвания са теоретични, а само единици са експериментите, които реализират на практика демона на Максуел, разказва Phys.org

Наскоро група физици от университета в Оксфорд обяви, че могат да пресъздадат първото фотонно въплъщение на демона на Максуел. Измерванията са направени с помощта на два светлинни лъча, позволяващи да създаде енергиен дисбаланс, който да стане източник на енергия, за сметка на който да се извърши някаква работа.

Най-интересното е, че тази работа в този случай може да е процес на зареждане на батерия, което осигурява директно доказателство за дейността на "демона".

Колективът физици, начело с Михай D. Видригин (Mihai D. Vidrighin), извършват експеримента в Университета в Оксфорд и публикуват доклад за резултатите в последния брой на Physical Review Letters.

"Нашата работа показва как фотониката може да се използва като платформа за изследване на връзката между енергия и информация", заяви съавторът Оскар Далстен (Oscar Dahlsten) от Университета в Оксфорд и лондонския Институт за математически науки пред Phys.org.

В оригиналния мисловен експеримент демонът на Максуел стои между два съда, пълни с газ. В началото средната енергия (или скоростта) на газовите молекули в двата контейнера са едни и същи. Но демонът "отваря" врата в стената между съдовете, измерва енергията на всяка газова частица, която се носи към вратата и позволява само на високоенергийните частици да преминат в единия съд, а в обратна посока - само нискоенергийни частици. След известно време високоенергийните частици ще се съберат в единия контейнер, а нискоенергийните - в другия. От енергийния дисбаланс, който ще настъпи, може да се извлече енергия и да се използва за извършване на работа от системата, въпреки че първоначално е била в термодинамично равновесие, което е пряко нарушение на втория закон на термодинамиката.

Във фотонния вариант на демона на Максуел на оксфордските физици резервоарите с газ са заменени от два светлинни импулси. В ролята на демона на Максуел е фоточувствителна система датчици и специални оптични компоненти, които отклоняват високоенергийните фотони в една посока, а по-нискоенергийните - в друга. Тези два снопа попадат в отделни фотодиоди, произвеждащи електрически ток, който протича в електрически кондензатор в обратната посока от всеки фотодиод. Ако има разлика между количеството енергия в двата снопа лъчи, то този дисбаланс ще се преобразува в електрически ток, зареждащ кондензатор.

В своите експерименти, учените не са се стремили да постигнат максимално количество енергия от това явление, но въпреки това тази фотонна версия на демона на Максуел има практическо приложение в разработването на нови високоефективни технологии за преобразуване на енергията на слънчевата светлина в електрическа енергия. Тя също може да позволи на изследователите да проучат ролята на квантова кохерентност в термодинамиката и да има приложение в квантовите информационни технологии.

"Сега вече се замисляме за използване на някои явления като квантовото вплитане в бъдещи експерименти, тъй като нашите интереси гравитират около квантовата информация ", заяви Далстен.

Виж още за:
    Най-важното
    Всички новини

    Още от Физика

    Коментари

    За писането на коментар е необходима регистрация.
    Моля, регистрирайте се от TУК!
    Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

    18.02 2016 в 09:55

    -0
    +10
    Допълнение към казаното в предишния ми коментар. В газовете частиците се движат хаотично, във всички посоки. При светлинния сноп имаме насочено движение на фотоните. Тази разлика е съществена.

    18.02 2016 в 09:28

    -0
    +8
    Това устройство може и да работи, но не е точно това, което представлява демонът на Максуел. При демона на Максуел имаме газ в равновесно състояние. В случая на Максуел, ако беше възможен, наистина ще се получава намаляване на ентропията, тоест ще имаме нарушение на втория принцип на термодинамиката. При предложеното устройство не е точно същото. Снопът от фотони не е еквивалентен на газ от атоми в равновесно състояние. Това е така, защото отделните фотони в снопа НЕ взаимодействуват помежду си и съответно НЕ обменят енергия. А при газа е налично взаимодействие, което е причина за постепенното намаляване на разликите в енергиите на отделните частици. При фотонния сноп това няма как да стане. Затова се съмнявам, че предложената установка, действително нарушава втория принцип на термодинамиката.