Noční pták - Jak se měří démon

Jak se měří démon

Slyšeli jste už o Maxwellově démonovi? Mezi stvoření z pekel ho nezařadil jeho autor, nýbrž další slavný skotský fyzik, William Thomson, alias lord Kelvin. Sám James Clerk Maxwell mluvil o blíže neurčené smrtelné bytosti. Vymyslel si ji, aby poukázal na statistickou povahu druhého termodynamického zákona. Ten se dá formulovat více způsoby. Například tak, že neexistuje žádný způsob, jak přenést teplo z chladnějšího tělesa na teplejší.

Když postavíte vedle sebe dva hrnky s čajem, z nichž jeden bude právě zalitý, a druhý už studený, ohřeje se chladnější od teplejšího. Nikdy naopak. Příklad je možná triviální, leč zákon popisuje jednu ze základních vlastností přírody, nevratnost procesů, při nichž se spotřebovává energie. Část z ní se totiž vždy přemění z uspořádané formy na neupořádanou, neboli teplo.

Zběsilý třídič

Maxvellův démon je fiktivní bytost schopná narušení pravidla. Představte si nádobu, naplněnou plynem. Je jedno jakým. Musí být jen tvořen molekulami, které se pohybují různými rychlostmi. Některé jsou rychlejší, jiné zase pomalejší. Tak to v plynech chodí. Z jejich průměrné rychlosti se dá spočítat teplota. Doprostřed nádoby vložte přepážku, v jejímž středu budou miniaturní dveře. U dveří sedí démon.

Když uvidí k dvířkům přilétat rychlou molekulu, otevře a pustí ji do pravé poloviny nádoby. Do levé zase na oplátku pustí nějakou pomalou. Nedá si pokoj, dokud molekuly neroztřídí na rychlé a pomalé. Až se mu to podaří, bude mít plyn na pravé straně přepážky vyšší teplotu než na levé. Otvíráním záklopky démon přechytračil druhý termodynamický zákon. Teplejší polovina nádoby se ohřála od studenější.

Laserová past

Maxwell svou úvahu o plivníkovi, který umí přelstít fyzikální zákony, poprvé zveřejnil ve své knize o teple z roku 1870. Od té doby se čas od času někdo ozval s důkazem, proč démon nemůže existovat. Jeden z nich vymyslel i Rolf Landauer, německý emigrant, který v šedesátých letech pracoval pro tehdy prudce rostoucí společnost IBM. Studoval fyzikální povahu informace. Podle jeho výpočtů spočívá finta v pidižvíkově paměti.

Démon by si totiž musel pamatovat rychlost a polohu molekul blížících se k záklopce. Po každé operaci by ale musel vymazat staré údaje, aby je mohl nahradit novými. Při mazání paměti se spotřebovává energie a uvolňuje teplo, které vyváží rozdíl, získaný tříděním molekul. Landauer předpověděl existenci minimálního množství energie, potřebného ke smazání jednoho bitu informace. Jeho předpověď však zůstávala dlouho jen na papíře, protože nikdo nevěděl, jak ji ověřit.

Podařilo se to až před čtrnácti dny týmu výzkumníků z německého Augsburgu, vedeného Ericem Lutzem. Ve studii, kterou zveřejnili V časopisu Nature, popisují laserovou past, do níž uzavřeli kousek křemíku. Past obsahovala dvě údolí, v nichž se částice mohla vznášet. Jedno představovalo jedničku, druhé nulu. Sledováním pohybu částice dokázali výzkumníci změřit, kolik tepla vzniká při přechodu z jednoho stavu do druhého. Výsledek odpovídal Landauerovým kalkulacím.

(Text měl vyjít ve 100+1, ale nevyšel, protože mu kdosi v redakci nerozuměl. Nová verze časopisu podle mě nedosahuje úrovně svého předchůdce)



Komentáře 2

  1. #13 napsal(a):

    Chybí tady lajkovací tlačítko.

    Posláno 09 Dub 2012 v 17.41
  2. rjh napsal(a):

    [1] To by na mě bylo moc 2.0 :-)

    Posláno 09 Dub 2012 v 17.44

Napiš komentář

Email nebude zveřejněn ani jinak zneužit. Číslo v hranatých závorkách vytvoří odkaz na daný komentář. Můžete použít HTML značky <a>, <abbr>, <acronym>, <b>, <blockquote>, <code>, <em>, <i>, <strike> a <strong>. Povinná pole jsou označena*.