Физики создали демона Максвелла

Физики из Финляндии, России (Иван Хаймович из Института физики микроструктур Российской академии наук) и США создали автономный искусственный демон Максвелла. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Physical Review Letters, а кратко о них сообщается на сайте Университета Аалто.

Мысленный эксперимент с демоном предложил в 1867 году шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл. Ученый таким образом хотел обратить внимание на кажущийся парадокс второго постулата термодинамики, согласно которому энтропия замкнутой системы не уменьшается.

В своем мысленном эксперименте Максвелл взял закрытый баллон с газом и разделил его на две части внутренней стенкой с небольшим люком. Открывая и закрывая его, демон Максвелла разделяет быстрые (горячие) и медленные (холодные) частицы друг от друга.

Это приводит к тому, что в баллоне с газом создается разность температур, а тепло передается от более холодного газа к более горячему. При наивном рассмотрении можно подумать, что парадокс означает нарушение второго закона термодинамики. Парадокс был разрешен физиком Лео Силардом в 1929 году.

Созданная учеными система основана на одноэлектронном транзисторе, который образует небольшой медный остров, подключенный к двум свехпроводящим алюминиевым выводам. Демон Максвелла контролирует движение электронов через транзистор.

Когда частица находится на острове, демон притягивает ее положительным зарядом. В случае, если электрон покидает остров, демон отталкивает его при помощи отрицательного заряда, что приводит к понижению температуры системы.

Все манипуляции демон выполняет в автономном режиме (его поведение определяется транзистором), а изменения температуры указывают на корреляцию между ним и системой, так что все выглядит так, как будто демон Максвелла знает о состоянии системы и способен ею управлять.

Электронный демон позволяет проводить большое количество операций измерения за небольшой промежуток времени. Кроме того, низкие температуры, в которых функционирует система, позволяют регистрировать чрезвычайно малые изменения температуры.

Физики впервые при помощи нанотехнологий создали демона Максвелла в условиях лаборатории. С помощью своей установки ученые надеются изучать микроскопические явления в термодинамике. Установка также может найти применение в кубитах для квантовых компьютерах.