Tudósok egy olyan motort hoztak létre, ami információt használ üzemanyagként

Egy 150 éves gondolatkísérlet arra ösztönözte a kanadai Simon Fraser Egyetem (SFU) tudósait, hogy létrehozzanak egy meglepően gyors motort...

Egy 150 éves gondolatkísérlet arra ösztönözte a kanadai Simon Fraser Egyetem (SFU) tudósait, hogy létrehozzanak egy meglepően gyors motort, amely egyedi üzemanyaggal működik - információval.

A Proceedings of the National Academy of Sciences folyóiratban megjelent cikkben leírt motor az apró részecskék véletlenszerű ugrálását tárolt energiává változtatja, és jelentősen javíthatja a számítógépek és a bio-nano technológiák sebességét és megfizethetőségét. (1)

Mi az információval működő motor?

Megszoktuk, hogy a motorokra olyan megoldásként gondolunk, amelyek felemésztik az üzemanyagot és segítenek, hogy vezethessük autóinkat, így az információs motor valószínűleg a többségnek nem sokat mond.

Ez az ötlet tulajdonképpen James Clerk Maxwell neves tudós 150 évvel ezelőtti gondolatkísérletének leszármazottja. Maxwell arra volt kíváncsi, hogy mi történne, ha olyan kicsi és pontos rendszert láthatnánk, hogy megfigyelhetnénk apró ingadozásait, ahogy mozog a levegő vagy a körülötte lévő vízmolekulák miatt. Vajon használhatnánk-e ezt a mozgást és kiaknázhatnánk úgy, hogy az információt "munkává" alakítsuk?

"Ez az a fajta információ, amelyet felhasználunk," - magyarázta az SFU fizika professzora és a tanulmány vezető szerzője, John Bechoefer. "Szerettük volna megtudni, hogy egy információs motor milyen gyorsan tud menni, és mennyi energiát tud kinyerni, ezért készítettünk egyet."

Az élő sejtekben lévő molekuláris gépekkel összehasonlítható energiát képes előállítani

Információs motorjuk egy vízbe merített mikroszkopikus "gyöngy" részecske, ami egy rugóhoz csatlakozik, ami rögzítve van egy mozgatható laphoz. Mivel egy részecske túl kicsi ahhoz, hogy egy rugóhoz rögzíthető legyen, a kutatók egy optikai csapdát használtak, amely lézerrel olyan erőt hoz létre a részecskén, amely utánozza a rugót és a lapot, áll az egyetem sajtóközleményében.

A hőmozgás hatására a részecske felfelé és lefelé pattan, és a kutatók ezt figyelik meg, Maxwell démonjának szerepét játszva. Maxwell gondolatkísérletében egy démon irányít egy ajtót két gázkamra között, azzal a céllal, hogy gyorsan mozgó gázrészecskéket juttasson az egyik rekeszbe, a lassúakat pedig a másikba. Vizsgálatuk során, amikor a kutatók felfele ugrást láttak, válaszul felfelé mozdították a lapot, és megvárták, hogy lesz-e lefelé történő visszapattanás.

Anélkül emelték fel a részecskét, hogy közvetlenül meg kellett volna húzniuk, ismételve ezt a műveletet, így jelentős mennyiségű gravitációs energiát tároltak el. Tushar Saha Ph.D. hallgató szerint, aki részt vett a tanulmányban: "Ez az egész rendszert csak a részecske helyzetére vonatkozó információk felhasználásával emeli fel."

A kutatók lenyűgöző jelenséget fedeztek fel a részecskék tömege és a felpattanásukhoz szükséges átlagos idő között is. "Noha a nehezebb részecskék több gravitációs energiát képesek elraktározni, általában hosszabb időre van szükségük a felfelé haladáshoz is," - mondta Joseph Lucero egyetemi hallgató.

A kutatók képesek voltak rávenni a rendszert, hogy elegendő energiát termeljen, amely "az élő sejtek molekuláris gépeivel, például a gyorsan úszó baktériumok sebességével összehasoníltható," - mondta Jannik Ehrich posztdoktori munkatárs, és a kinyert teljesítmény és sebesség felülmúlta a korábban készített motorok teljesítményét legalább egy nagyságrenddel.

A 150 évvel ezelőtt kidolgozott gondolatkísérlettől a gyakorlatban való megértésig érdekes lesz látni, hogy milyen típusú alkalmazások jönnek létre a jövőben az információ által hajtott motorokkal, különösen a számítógépek és a bio-nano technológiák terén. (2)

(1) - https://www.pnas.org/content/118/20/
(2) - https://interestingengineering.com/a-g