Energija dobivena iz informacije - alternativa nafti?

Ideju je originalno formulirao fizičar James Clerk Maxwell, ali je polučila kontroverze jer se činilo da narušava drugi zakon termodinamike. Ovaj zakon govori da kada se mješaju topla i hladna voda, tekućina će postići jednaku srednju temperaturu. Maxwell je predložio da hipotetsko biće (kasnije nazvano Maxwellov demon), može razdvojiti vodu u dva odjeljka te preokrenuti proces, izolirajući tople molekule od hladnih, puštajući samo one koje su toplije od prosjeka kroz vratašca odjeljaka. Zbog toga što se smatra da mješana voda ima višu entropiju u odnosu na razdvojenu, demon je pretvorio sustav iz stanja nereda u stanje reda, koristeći samo informaciju (odnosno znanje o tome koje molekule su tople, a koje hladne).

Čini se kako ovo narušava zakon, koji također govori da se entropija ne bi trebala povećavati u izoliranim sustavima. Drugim rječima, demon ne bi mogao razdvojiti toplu i hladnu vodu bez širenja energije. Kasnije je mađarski fizičar Leo Szilard objasnio da proces ne narušava zakone fizike jer demon u stvari treba potrošiti nešto energije kako bi odredio koje su molekule tople, a koje hladne.

I dok su znanstvenici nastavili debatirati o ovoj teoriji, sve do sada nitko se nije sjetio napraviti eksperiment. No, nedavno su fizičar Shoichi Toyabe i kolege sa Sveučilišta Chuo u Japanu napravili upravo to. "Danas imamo tehnologiju s kojom možemo promatrati i pojedine molekule, a možemo i vrlo brzo kontrolirati vrlo male elemente, stoga nije teško provjeriti kako Maxwellov demon radi", objašnjava Toyabe.

Istraživači su postavili minijaturnu verziju spiralnog stepeništa, te potaknuli molekule da se penju koristeći informacije. Stepenište je zapravo načinjeno od potencijalne energije i električnih polja. Molekula ima termalnu energiju, tj. toplinu, stoga bi fluktuirala, pomičući se nasumično. Znanstvenici su koristili specijalne kamere kako bi fotografirali molekule. Kada bi se pomicale uz stepenište pustili bi ih da se gibaju slobodno, no kada bi išle niz stepenište, istraživači bi blokirali gibanje postavljajući virtualni zid elektičnog polja.

"Čestica se nasumično giba gore-dolje, no samo kada ide prema gore, stavljamo zid kako bi spriječili pad. To je oblik Maxwellovog demona", dodaje Toyabe. Kako se čestica pomiče uz stepenište, dobiva energiju jer se pomiče na lokaciju većeg potencijala. Ipak, znanstvenici nikad nisu morali pogurati česticu uz stepenište - jednostavno su koristili informacije o smjeru kojim se giba kako bi je vodili. Ne samo da su mogli pomaknuti česticu uz stepenište, već su mogli i precizno izmjeriti koliko energije je pretvoreno iz informacije.