Forscher der Simon Fraser University SFU haben einen unglaublich schnellen Motor entwickelt, der eine neuartige und reichlich vorhandene Kraftstoffquelle nutzt - Informationen. Ihre Studie, veröffentlicht in Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften PNAS beschreibt die spezielle Methode ihres Motors zur Umwandlung der Bewegungen mikroskopischer Partikel in gespeicherte Energie.
Eine Informationsmaschine, auch bekannt als Maxwells Dämon, ist eine Maschine, die Bewegungen einzelner Partikel erkennt und darauf reagiert, um theoretisch eine fortwährende Bewegung zu erreichen. Sie wurde ursprünglich 1871 von James Clerk Maxwell als Gedankenexperiment entwickeltum die Möglichkeit eines Verstoßes gegen den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik zu veranschaulichen.
In Maxwells ursprüngliches Gedankenexperiment Ein imaginärer Dämon würde eine winzige Tür zwischen zwei Gaskammern öffnen und nur sich schnell bewegende Partikel in eine Kammer und sich langsam bewegende Partikel in die andere Kammer lassen. Dadurch würde die Entropie beider Gase verringert, ohne Arbeit zu leisten und die zweite zu verletzenGesetz der Thermodynamik.
Testen einer realen Informationsmaschine
Aufgrund der technologischen Fortschritte der letzten 150 Jahre können Wissenschaftler nun tatsächlich versuchen, eine Variation der Maschine zu bauen, um die Prinzipien von Maxwells Gedankenexperiment zu testen.
"Wir wollten herausfinden, wie schnell eine Informationsmaschine arbeiten kann und wie viel Energie sie extrahieren kann, also haben wir eine hergestellt", sagte Bechhoefer, dessen Versuchsgruppe mit Theoretikern unter der Leitung des SFU-Physikprofessors David Sivak zusammenarbeitete. in einer Pressemitteilung erklärt .
"Durch die systematische Untersuchung dieses Motors und die Auswahl der richtigen Systemeigenschaften haben wir seine Fähigkeiten um das Zehnfache gegenüber anderen ähnlichen Implementierungen erweitert und ihn damit zum derzeit besten seiner Klasse gemacht", fuhr Sivak fort.
SFU-Physikprofessor und leitender Autor der Studie, John Bechhoefer, sagt, dass ihre Forschung zu Informationsmaschinen das Design zukünftiger realer Informationsmaschinen beeinflussen könnte.
Leistung erreichen 'vergleichbar mit molekularer Maschinerie'
Die von den SFU-Forschern entwickelte Informationsmaschine verwendet ein mikroskopisch kleines Partikel, das an einer Quelle befestigt und in Wasser getaucht ist. Dieses ist an einem beweglichen Tisch befestigt, wobei die Forscher beobachten, wie das Partikel dank thermischer Bewegungen auf und ab springt.
Wenn die Forscher einen Sprung nach oben sehen, bewegen sie die Bühne als Reaktion darauf und fungieren im Wesentlichen als Maxwells imaginärer Dämon. Wenn sie einen Sprung nach unten sehen, warten sie.
"Dies führt dazu, dass das gesamte System nur mit Informationen über die Position des Partikels angehoben wird", sagte der Hauptautor und Doktorand Tushar Saha. Saha erklärte auch, dass die Forscher ein Instrument verwendeten, das als optische Falle bekannt ist und "einen Laser zum Erstellen verwendet"eine Kraft auf das Teilchen, die die der Feder und der Bühne nachahmt. "
Die Forscher sagen, dass ihre Maschine frühere Konstruktionen übertrifft - ein früheres Beispiel wurde von entwickelt ein Team von UNIST im Jahr 2018 .
Einer der Forscher, Postdoktorand Jannik Ehrich, sagte, dass seine Informationsmaschine eine Leistung erzielt, die mit "molekularen Maschinen in lebenden Zellen vergleichbar ist, und Geschwindigkeiten, die mit schnell schwimmenden Bakterien vergleichbar sind".