Физици създадоха демон на Максуел

Физици от Финландия, Русия и САЩ създадоха автономен изкуствен демон на Максуел. Резултатите от изследванията на учените са публикувани във Physical Review Letters, пише в съобщение на сайта на университета Аалто.

Мисленият експеримент с демона е предложен през 1867 г. от шотландския физик Джеймс Кларк Максуел. Така ученият искал да обърне внимание на парадокс във втория закон на термодинамиката, според който ентропията в затворена система не намалява.

В мисления експеримент Максуел взел затворен бутилка с газ и я разделил на две части с вътрешна стена с малък люк. Като го отваря и затваря, демонът на Максуел разделя бързите (горещи) и бавните (студени частици).

Това води дотам, че в бутилката с газ се създават различни температури, а топлината се предава от по-студения газ към по-топлия, което нарушава втория закон на термодинамиката. Парадоксът бил решен от физика Лео Силард през 1929 г.

Създадената от учените система се основава на едноелектронен транзистор, който образува неголям меден остров, включен към два свръхпроводящи алуминиеви извода. Демонът на Максуел контролира движението на електроните чрез транзистор.

Когато частицата се намира на острова, демонът я привлича с положителния заряд. Ако електронът напусне острова, демонът го отблъсква с отрицателния заряд, което води до понижаване на температурата в системата.

Всички манипулации се изпълняват от демона автономно (неговото поведение се определя от транзистор), а измененията на температурите сочи корелация между него и системата и всичко изглежда така, сякаш демонът на Максуел знае за състоянието на системата и е способен да я управлява.

Електронната версия на автономния демон на Максуел. © Jonne Koski / aalto.fi

Електронният демон позволява да се провеждат повече операции на измервания за малък период от време. Освен това ниските температури дават възможност да се регистрират изключително малки изменения в температурите.

За първи път чрез нанотехнологии физиците създават демона на Максуел в лабораторни условия. Инсталацията ще помогне да се изучат микроскопични явления в термодинамиката и може да намери приложение в кюбитите за квантовите компютри.