Der Aufbau, der ein schweres mikroskopisches Partikel mithilfe von Informationen anhebt. Simon Fraser University
Ein 150 Jahre altes Gedankenexperiment inspirierte eine Gruppe von Wissenschaftlern der Simon Fraser University SFU in Kanada, einen überraschend schnellen Motor zu entwickeln, der mit einem einzigartigen Kraftstoff betrieben wird - Informationen.
Der Motor, beschrieben in einem in der Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften wandelt das zufällige Wackeln winziger Partikel in gespeicherte Energie um und hat das Potenzial, die Geschwindigkeit und Erschwinglichkeit von Computern und Bio-Nanotechnologien erheblich zu verbessern.
Was ist ein informationsbetriebener Motor?
Wir sind es gewohnt, Motoren als Geräte zu betrachten, die Kraftstoff verbrauchen und uns beim Fahren unserer Autos helfen, sodass ein mit Informationen betriebener Motor möglicherweise keine Glocken läutet. Diese Idee ist eigentlich der Nachkomme eines Gedankenexperiments des bemerkenswerten Wissenschaftlers James ClerkMaxwell vor 150 Jahren. Maxwell fragte sich, was passieren würde, wenn Sie ein System sehen könnten, das so klein und genau ist, dass Sie seine winzigen Schwankungen sehen könnten, wenn es sich aufgrund der Luft oder der Wassermoleküle um es herum bewegt. Könnten wir diese Bewegung nutzen und es nutzen?so, dass wir Informationen in "Arbeit" umwandeln können?
"Das ist die Art von Informationen, die wir verwenden", erklärte der Physikprofessor und leitende Autor der SFU, Prof. John Bechoefer, in einem SFU-Video. "Wir wollten herausfinden, wie schnell eine Informationsmaschine arbeiten kann und wie viel Energie sie kann."extrahieren, also haben wir eins gemacht. "
Es kann Strom erzeugen, der mit molekularen Maschinen in lebenden Zellen vergleichbar ist.
Eine in Wasser getauchte mikroskopische Partikelperle dient als Informationsmaschine. Sie ist mit einer Feder verbunden, die an einem beweglichen Tisch befestigt ist. Da ein Partikel zu klein ist, um an einer Feder befestigt zu werden, verwendeten die Forscher eine optische Falle, dieverwendet einen Laser, um eine Kraft auf das Teilchen zu erzeugen, die die Feder und die Bühne imitiert, so eine Pressemitteilung der Universität.
Durch thermische Bewegung springt das Partikel auf und ab, und die Forscher beobachten, dass es die Rolle von spielt. Maxwells Dämon . In Maxwells Gedankenexperiment würde ein Dämon eine Tür zwischen zwei Gaskammern kontrollieren, mit dem Ziel, sich schnell bewegende Gaspartikel in ein Kompartiment und langsame in ein anderes zu schicken. In ihrer Studie sahen Forscher, als sie einen Aufwärtssprung sahenbewegte die Bühne als Antwort nach oben und sie warteten, ob es einen Abwärtssprung gab.
Sie hoben das Teilchen an, ohne direkt daran ziehen zu müssen, indem sie diese Aktion wiederholten, wodurch eine erhebliche Menge an Gravitationsenergie gespeichert wurde. Laut Doktorand Tushar Saha, der an der Studie teilnimmt, "hebt dies das gesamte System anVerwenden Sie nur Informationen über die Position des Partikels. "
Die Forscher entdeckten auch einen faszinierenden Kompromiss zwischen der Partikelmasse und der durchschnittlichen Zeit, die ein Partikel benötigt, um aufzuspringen. "Während schwerere Partikel mehr Gravitationsenergie speichern können, dauert es im Allgemeinen auch länger, bis sie sich nach oben bewegen", sagte JosephLucero, ein Master of Science Student.
Die Forscher konnten das System dazu bringen, genügend Energie zu erzeugen, die "mit molekularen Maschinen in lebenden Zellen vergleichbar ist", mit "Geschwindigkeiten, die mit schnell schwimmenden Bakterien vergleichbar sind", sagte Postdoktorand Jannik Ehrich, und die extrahierte Kraft und Geschwindigkeit hatübertroffen zuvor gemeldete Motoren um mindestens eine Größenordnung höher.
Von einem Gedankenexperiment, das vor 150 Jahren entwickelt wurde, bis hin zur tatsächlichen Umsetzung in der Praxis wird es interessant sein, die Arten von Anwendungen zu sehen, die in Zukunft aus Motoren mit Informationsantrieb hervorgehen werden, insbesondere in Computern und Bio-Nanotechnologien.