Obecnie mamy do czynienia z pierwszą fotonową implementacją demona Maxwella – drogą ku temu są pomiary dwóch wiązek światła; pomiędzy tymi wiązkami zaburzana jest równowaga, a uzyskana energia może być przeznaczona do ładowania baterii.
W oryginalnym eksperymencie myślowym, demon stoi pomiędzy dwoma polami cząsteczek gazu. Początkowo średnia energia (lub prędkości) cząsteczek gazowych w każdym polu jest taka sama. Ale demon może otworzyć małe drzwi w ścianie pomiędzy polami, aby zmierzyć energię każdej cząstki gazu, która zdąża w kierunku drzwi, i pozwala jedynie cząstkom wysoko-energetycznym przejść z jednej na drugą stronę i nisko-energetycznym cząstkom w kierunku odwrotnym.
Z biegiem czasu, jedno pole zyskuje wyższą średnią energię niż drugie, co tworzy różnicę ciśnień. Powstająca siła pchania może być następnie wykorzystana do pracy.
Z biegiem lat, fizycy rozwiązali ten pozorny paradoks, wyjaśniając, że choć demon może nie działać bezpośrednio na układ, jednak musi zdobywać informacje do swoich pomiarów. Usuwanie informacji z pamięci demona wymaga pracy, dzięki czemu sumarycznie nie może być zysku netto w postaci pracy.
W wersji fotonowej, fizycy zastąpili pola cząsteczek gazu dwoma impulsami światła. Demon, przy użyciu fotodetektora, może mierzyć liczbę fotonów z każdego impulsu, a dodatkowo ma do dyspozycji urządzenie, które otwiera drzwi dla jaśniejszej wiązki – z większa ilością fotonów w jedną stronę, a w drugą stronę przepuszcza ciemniejszą wiązkę.
Poszczególne wiązki odprowadzane są do fotodiod, a imbalans energii ładuje podłączony kondensator.
Choć naukowcy nie zmierzają do osiągnięcia optymalnej ekstrakcji pracy, jest możliwe, że jakiś rodzaj demona Maxwella może kiedyś mieć praktyczne zastosowanie.
Naukowcy mają nadzieję, że nowy model będzie prowadzić do lepszego zrozumienia związku między informacjami i termodynamiką, który jest niezbędny dla zrozumienia termodynamiki w mikroskali i poniżej. Najnowsze osiągnięcia technologii układów składających się z tylko jednej lub kilku cząstek wymagają lepszego zrozumienia mikroskali termodynamiki, podobnie jak silnik parowy pomógł naukowcom lepiej zrozumieć makroskopową termodynamikę w 19 wieku.
Teoria w mikroskali termodynamiki może mieć wiele zastosowań, w tym w technologii koncentrowania zasobów energetycznych. Może również pomóc naukowcom zbadać rolę koherencji kwantowej w termodynamice, z aplikacjami w kwantowych technologiach informatycznych.
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz