Fysikere læser Maxwells Demons sind

Banebrydende forskning giver et fascinerende indblik i 'Maxwell's Demon's indre virkemåde, et berømt tankeeksperiment i fysik.

Et internationalt forskerhold, herunder Janet Anders fra University of Exeter, har brugt superledende kredsløb til at bringe 'dæmonen' til live.

Dæmonen, først foreslået af James Clerk Maxwell i 1867, er et hypotetisk væsen, der kan få mere nyttig energi fra et termodynamisk system, end en af ​​fysikkens mest fundamentale love – termodynamikkens anden lov – burde tillade.

Afgørende, holdet observerede ikke kun direkte den opnåede energi for første gang, de sporede også, hvordan oplysninger lagres i dæmonens hukommelse.

Forskningen er offentliggjort i det førende videnskabelige tidsskrift Procedurer fra National Academy of Sciences ( PNAS ).

Det oprindelige tankeeksperiment blev først foreslået af den matematiske fysiker James Clerk Maxwell - en af ​​de mest indflydelsesrige videnskabsmænd i historien - for 150 år siden.

Han antog, at gaspartikler i to tilstødende kasser kunne filtreres af en 'dæmon', der driver en lille dør, der tillod kun hurtige energipartikler at passere i en retning og lavenergipartikler den modsatte vej.

Som resultat, den ene kasse får en højere gennemsnitlig energi end den anden, hvilket skaber en trykforskel. Denne ikke-ligevægtssituation kan bruges til at få energi, ikke ulig den energi, der opnås, når vand lagret bag en dæmning frigives.

Så selvom gassen oprindeligt var i ligevægt, dæmonen kan skabe en ikke-ligevægtssituation og udvinde energi, omgå termodynamikkens anden lov.

Dr. Anders, tilføjer en førende teoretisk fysiker fra University of Exeters fysikafdeling:"I 1980'erne blev det opdaget, at dette ikke er hele historien. Informationen om partiklernes egenskaber forbliver gemt i dæmonens hukommelse. Disse oplysninger fører til en energisk omkostninger, som derefter reducerer dæmonens energivinst til nul, løse paradokset. "

I denne forskning, holdet skabte en kvante Maxwell -dæmon, manifesteret som et mikrobølgehulrum, der trækker energi fra en superledende qubit. Teamet kunne fuldt ud kortlægge dæmonens hukommelse efter dens indgriben, afsløre den lagrede information om qubit-tilstanden.

Dr. Anders tilføjer:"Det faktum, at systemet opfører sig kvantemekanisk, betyder, at partiklen kan have en høj og lav energi på samme tid, ikke kun nogen af ​​disse valg som overvejet af Maxwell. "

Dette banebrydende eksperiment giver et fascinerende indblik i samspillet mellem kvanteinformation og termodynamik, og er et vigtigt skridt i den nuværende udvikling af en teori for nanoskala termodynamiske processer.

'Observing a Quantum Maxwell demon at Work' udgives i PNAS .