Százötven évvel ezelőtt James Clerk Maxwell leírt elméletben egy kísérletet, mely látszólag sérti termodinamika második törvényét. A „Maxwell-démonnak” elnevezett elméleti adódó fizikai dilemmát számos fizikus feldolgozta, ebből új ismeretek keletkeztek az információ és az energia összefüggéséről.
Az eredeti gondolatkísérlet egy tartályt ír le, amelynek terét egy válaszfal két térrészre osztja. A falban egy kicsiny, nyitható és lezárható nyílás – „ajtó” – van. Mindkét térrész levegőt tartalmaz. Kiindulási helyzetben a levegő hőmérséklete mindkét térrészben azonos.
Az ajtót egy olyan lény vagy szerkezet kezeli – a „démon” -, aki képes a molekulákat „látni”. Ez úgy nyitja és zárja az ajtót, hogy a „gyors” -molekulák az egyik, a „lassú” mozgó molekulák a másik térrészben gyűljenek össze.
VÁLOGATÓ “ÖRÖKMOZGÓ”
Idális körülmények között az ajtó nyitása és csukása nem igényel energia-ráfordítást. A molekulák szétválogatása révén kialakult hőmérsékletkülönbség mégis alkalmas lenne hőenergia kinyerésére, például egy hőerőgép működtetésére. Ezzel fizikai értelemben munkavégzés történne, és ezzel egyidejűleg a kiindulási állapothoz képest semmilyen változás nem történne, csak a hőmérséklet csökkenne a tartályban. A “démon” sérti termodinamika második főtételét és megvalósíthatnánk a másodfajú perpetuum mobilét.
A leírt lény vagy szerkezet működése révén mégsem lehet ilyen örökmozgót készíteni, mert egyfelől a „démonnak” valamilyen módon információt kell kapnia a közeledő molekulák mozgási sebességéről. Az információ létrehozásához, tárolásához energiára van szükség, amely megváltoztatja a molekula energiaállapotát.
VALÓSÁGGÁ VÁLIK A KÉPZELET
A valóságban – hosszabb távon – a Maxwell-démon is nyilván ki lenne téve környezete hőhatásának, a molekulák hőmozgásának, így egy idő után már nem lesz képes feladatát végezni.
Azonban most sikerült információkat ideális mikrokísérleti körülmények között tiszta energiává alakítani egy tokiói laboratóriumban. A részecskéket válogatásához mikrolépcsőket alkalmaztak Maszaki Szano, a tanulmány társszerzőjének leírása alapján.
A legújabb kísérletet a Nature Physics folyóirat online kiadásában tették közzé, november 14-én. Maga a gyakorlat ugyan igazolta Maxwell állításait, mégsem lehetséges tiszta és állandó energiát létrehozni a gyakorlatban az ideális körülmények megteremthetetlensége miatt. Tehát az új kísérlet nem nyújt megoldást az energia-válságra, de sikeresen igazolta Maxwell-elméletének igazságát.
AJÁNLOTT LINK:
Cikk a Maxwell-démonról (Live Science)
Maxwell-démon (Wikipedia)
