Nowa, teoretyczna i eksperymentalna wersja cząsteczkowego demona Maxwella może okazać się pomocna dziedzinie systemów biologicznych i kwantowych - informuje pismo „Nature Physics”.
Demon Maxwella to hipotetyczna maszyna zaproponowana w roku 1897 przez szkockiego fizyka i matematyka Jamesa Clerka Maxwella. Mogąc selekcjonować cząsteczki na obdarzone niską i wysoką energią, demon zwiększałby stopień uporządkowania i obniżał entropię. W ten sposób naruszałby drugą zasadę termodynamiki.
Wiele zachodzących zjawisk działa czasowo tak jak demon Maxwella - dochodzi do samoorganizacji, która pozornie przeczy II zasadzie termodynamiki. Przykładem są wszystkie istoty żywe. Jednak zjawiska te nie zachodzą nigdy w układach izolowanych termodynamicznie - do samoorganizacji dochodzi zawsze kosztem wzrostu entropii otoczenia.
Teraz naukowcy z Uniwersytetu w Barcelonie przedstawili pierwsze teoretyczne i eksperymentalne rozwiązanie ciągłej wersji demona Maxwella w pojedynczym układzie cząsteczkowym. Dzięki powtarzanym pomiarom stanu systemu wersja ciągła demona Maxwella jest w stanie uzyskać duże ilości energii na cykl.
Eksperymenty zostały przeprowadzone przy wykorzystaniu systemu pęset optycznych, który umożliwia manipulowanie cząsteczką, w tym przypadku - cząsteczką DNA. Gdy na cząsteczkę tę działa odpowiednio duża siła, może ona zostać rozwinięta, ale jeśli siła jest wystarczająco mała, stan rozwinięcia staje się rzadki. Gdy cząsteczka jest w rzadko występującym stanie, ma więcej energii, którą można wykorzystać.
Autorzy porównują zachowanie demona do zachowania człowieka czekającego na sprzyjającą okazję, aby uzyskać korzyści. Podobnie zachowuje się spekulant na giełdzie czy drapieżnik czyhający na zdobycz.
Nowa wersja demona może pomóc w lepszym zrozumieniu regulacji układów biologicznych generujących i przesyłających sygnały poprzez błony komórkowe. (PAP)
Autor: Paweł Wernicki
pmw/ zan/
