Демоны отменили законы физики

15-11-2010, 11:35 | Наука и техника / Новости науки и техники | разместил: VP | комментариев: (2) | просмотров: (2 728)

Впервые в истории ученым удалось экспериментально получить энергию практически из пустоты. А помогла им в этом "нечистая сила".

Частицы вещества можно снабжать потенциальной энергией, прилагая к этому минимум внешних усилий, заявили японские специалисты. Они разработали модель, при которой наношарики из полистирола, помещенные в жидкую среду, окруженную управляемым магнитным полем, можно заставлять накапливать энергию и, таким образом, постепенно нагревать. А благодаря этой энергии микроскопические частицы смогли двигаться, преодолевая силы тяготения.

Ученые создали условия, при которых шарикам в любой момент проще соскочить вниз, чем совершать поступательное восхождение по своеобразной "лестнице", выстроенной в лабораторной установке. Но каждый раз, когда полистирольная частичка пыталась упасть, автоматически включалось магнитное поле, останавливающее шарик. При этом частица постепенно накапливала достаточно потенциальной энергии, для того чтобы в один момент подняться на ступень выше.

В течение эксперимента все шарики оказывались наверху. При этом физики рассчитали, что на это было затрачено меньше энергии, чем требуется по законам механики. "Имея информацию о местоположении частицы, мы создаем условия для концентрации энергии", - пояснил суть работы Масаки Сано, физик из Университета Токио.

Фактически, японцы создали высокотехнологический аналог "демона Максвелла" - мифического невидимого существа, которое, согласно мысленному опыту великого ученого XIX в., может нарушать законы термодинамики. Эта микроскопическая "нечисть" способна придавать молекулам энергию, только исходя из данных об их температуре и, следовательно, скорости. Итогом работы "демона" становится разделение пространства на горячее и холодное, причем без каких-либо внешних воздействий. Это самое известное метафизическое обоснование возможности вечного двигателя.

Однако более 150 лет считалось, что никакого "демона" нет и быть не может. Теория Максвелла вступает в конфликт с незыблемыми законами термодинамики. Однако сторонники "нечисти" придумали, как вывести красивую идею из физического тупика, ведь "демон" имеет собственную энергию или получает таковую из внешних источников. Таким образом, подтверждается теоретическая возможность существования "демона Максвелла", но почти полностью отметается идея именно вечного двигателя.

Источник: utro.ru.

Рейтинг публикации:

Комментарии (2) | Распечатать

Добавить новость в:

Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь. Чтобы писать комментарии Вам необходимо зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

» #2 написал: VP (16 ноября 2010 10:27)
Статус: |

Группа: Гости
публикаций 0
комментариев 0
Рейтинг поста:

Компьютеры и автомобили смогут заряжать себя сами?

Физики доказали буквально, что «знание — это сила»

Все помнят, как учителя в начальной школе любили говорить нам, что "Знание - это сила", но кто мог знать, что в самом буквальном смысле они изрядно ошибались. Знание, оказывается, есть энергия, и превращается оно в нее на уровне 28 процентов, заявили Сеити Тояба (Toyabe) из Университета Чуо и Мазаки Сано (Sano) из Токийского университета.

MABUCHI DESIGN OFFICE/Yuki AKIMOTO

Их опыт берет свое начало еще в 1871 году, когда физик Джеймс Максвелл предложил мысленный эксперимент: демон контролирует единственную дверь в стене, разделяющей две изолированные камеры, заполненные газовыми молекулами. Демон позволяет быстро движущимся частицам влетать в одну комнату, а медленно движущимся - попадать в другую. Через некоторое время в одной комнате собирались только быстро движущиеся частицы, а в другой - только медленно движущиеся. Система потеряла энтропию, но не израсходовала энергию, создавая, тем самым, кажущееся нарушение второго закона термодинамики

Второе начало термодинамики постулирует невозможность самопроизвольного перехода тепла от менее нагретого тела к более нагретому.

В 1929 году венгерский физик Лео Сцилард предложил ключ к пониманию парадокса Максвелла: этот Демон должен был расходовать энергию измеряя скорость молекул; таким образом, комплексная система демона плюс газ фактически требовали работы и расхода энергии. Чтобы провести измерение, Демон использовал энергию, создавая информацию, сохраняя второй закон, и выдвигая идею, что информация может быть преобразована в энергию, и наоборот.

На получение лабораторного доказательства в поддержку той идеи ушло еще восемь десятилетий. Исследователи описали свои результаты в свежем онлайн-выпуске журнала «Nature Physics».

Schoichi Toyabe

Сано и Тояба поместили несколько наноразмерных бусинок в специальный раствор. Затем они «заряжали» раствор, который побуждал эти бусинки перемещаться по часовой стрелке; или, по крайней мере, расходовать меньше энергии, двигаясь по часовой стрелке, нежели против нее.

Некоторые специалисты уподобили это лестнице: энергии требуется больше тогда, когда ты идешь вверх, а не вниз. В данном случае перемещение по часовой стрелке равносильно ходьбе вниз по лестничному маршу.

Но случайные молекулы в растворе могли случайно «ударять» по бусинке и заставлять ее поворачивать против часовой стрелки или идти "по лестнице вверх" — накапливая больше потенциальной энергии. Всякий раз, когда шарик поворачивался против часовой стрелки (т.е. поднимался по лестнице), ученые прилагали электрическое напряжение к емкости с раствором, чтобы препятствовать его возвращению назад (скатыванию по условной лестнице), сохраняя запасенную им механическую энергию. Когда в следующий раз нанобусина случайно «раскручивалась» против часовой стрелки, они снова предотвращали ее движение вспять запланированному, накапливая еще больше потенциальной энергии. В сущности, они преобразовали тем самым знание о направлении спина (информацию) в энергию.

Японский эксперимент показал эффективность преобразования информации в энергию на уровне 28%, что согласуется с теоретическими расчетами. Конечно, этого не хватит, чтобы решить проблемы мировой энергетики, но достаточно, чтобы доказать один любопытный момент: знание может и не энергия, но уж точно — работа (процесс).

Nature Physics, doi:10.1038/nphys1821/physorg.com

www.mk.ru

» #1 написал: VP (15 ноября 2010 11:59)
Статус: |

Группа: Гости
публикаций 0
комментариев 0
Рейтинг поста:

Физики впервые смогли преобразовать информацию в энергию

Демоны Максвелла извлекают энергию из теплового движения частиц

МОСКВА, 15 ноя - РИА Новости. Японские физики впервые смогли в эксперименте добиться увеличения внутренней энергии системы, используя только информацию о ее состоянии и не передавая ей дополнительной энергии, говорится в статье исследователей, опубликованной в журнале Nature Physics.

Получение энергии из информации впервые теоретически описал британский физик Джеймс Максвелл в своем мысленном эксперименте. В нем некое существо, позднее названное "демоном Максвелла", охраняло дверь между двумя комнатами. Демон, зная энергию приближающейся к двери молекулы, открывает проход только для "быстрых" молекул, закрывая дверь перед "медленными". В результате в одной комнате окажутся все "быстрые" молекулы, а в другой медленные, и возникшую разницу температур можно использовать в практических целях.

Воплощение такой "демонической" энергоустановки требует намного больших энергетических затрат, чем можно извлечь из образующейся разницы температур, поэтому реальные двигатели, работающие по такому принципу, никогда всерьез не рассматривались учеными. Однако интерес к подобным системам вновь возник в последнее время с развитием нанотехнологий.

Авторы исследования, японские физики, возглавляемые Масаки Сано (Masaki Sano) из Токийского университета воплотили на практике мысленный эксперимент с участием "демона Максвелла".

Ученые использовали в работе полимерный объект размером около 300 нанометров, напоминающий бусину. Ее форма подобрана так, что вращаться по часовой стрелке ей энергетически более выгодно, так как это сопровождается высвобождением механической энергии. Вращение против часовой стрелки, напротив, приводит к "закручиванию" бусины и увеличению запасенной ей механической энергии.

Бусину поместили в специальный раствор, и она из-за своих малых размеров начинала принимать участие в броуновском движении и вращаться - как по часовой стрелке, так и против.

Исследователи с помощью специального оборудования отслеживали каждый поворот бусины, и, когда она вращалась против часовой стрелки, прилагали электрическое напряжение к емкости, в которой она находилась. Такая операция не передавала системе дополнительную энергию, но при этом не давала бусине "раскручиваться" назад. Таким образом, используя только информацию о том, куда провернулась бусина, ученые смогли увеличить запас ее механической энергии лишь за счет энергии броуновского движения молекул.

Закон сохранения энергии при этом не нарушается. Согласно расчетам Сано, эффективность преобразования информации в энергию в их эксперименте составила 28%, что согласуется с теоретическими расчетами.

Такой механизм может использоваться для работы наномашин или молекулярных механизмов, считает Владко Ведрал (Vlatko Vedral), физик из Оксфордского университета, не принимавший участия в эксперименте Сано, мнение которого приводит интернет-издание Nature News.

"Весьма любопытно было бы обнаружить использование этого принципа передачи энергии в живых системах", - добавил ученый.

http://rian.ru/science/20101115/296541280.html

» Информация

Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации. Зарегистрируйтесь на портале чтобы оставлять комментарии