Los físicos convierten la información en energía

He aquí un trabajo fascinante. Construya una pequeña escalera y coloque una pequeña cuenta de poliestireno en el escalón inferior (una escalera es bastante sencilla de construir utilizando campos eléctricos).

Es fácil ver que la cuenta se mueve por el movimiento aleatorio de las moléculas en el aire circundante, el conocido fenómeno del movimiento browniano.

La mayoría de las veces, el movimiento browniano tiende a derribar la cuenta por las escaleras, pero a veces el empujón es lo suficientemente poderoso como para empujar la cuenta hacia arriba un escalón.

Vigile de cerca la cuenta con una cámara de video y cada vez que la vea subir un escalón, cambie el campo eléctrico para que no pueda volver a caer. Es como colocar una barrera detrás de la cuenta.

A medida que repita este proceso, la cuenta se moverá hacia arriba por la escalera, impulsada por el movimiento browniano.

Este es exactamente el experimento que Shoichi Toyabe de la Universidad de Chuo en Tokio y algunos amigos han llevado a cabo con éxito. La implicación es que la perla de alguna manera es capaz de extraer energía del medio ambiente, lo que a primera vista parece una violación flagrante de la segunda ley de la termodinámica.

Por supuesto, hay más en esto de lo que parece a primera vista. El trabajo de Toyabe y sus compañeros es una versión experimental del famoso demonio de Maxwell. Imagina una caja llena de aire pero dividida por la mitad por una barrera. El demonio de Maxwell es un ser imaginario capaz de abrir la barrera para permitir el paso de moléculas que se mueven rápidamente y cerrarla para las más lentas.

Eventualmente, las moléculas que se mueven rápidamente terminan en un lado de la barrera que se calienta más que en el otro lado, aunque no se ha agregado energía al sistema.

La pregunta es si el demonio de Maxwell viola o no la segunda ley de la termodinámica, que es que el calor no puede fluir de un sistema frío a uno caliente por sí solo.

El pensamiento más reciente es que el demonio de Maxwell no viola la segunda ley de la termodinámica porque tiene que medir la velocidad de todas las moléculas antes de decidir cuál dejar pasar y esto requiere energía. Cuando esto se tiene en cuenta, no hay violación.

Pero aquí está lo curioso. No hay transferencia convencional de energía al sistema: no hay calentamiento o aceleración de moléculas o algo así. En cambio, la información en sí misma parece ser el medio a través del cual se transfiere la energía.

Ese tipo de pensamiento ha sido una curiosidad teórica, hasta ahora. De hecho, Toyabe y sus amigos lo han hecho, la primera demostración experimental de este tipo de transmisión de energía. De hecho, han convertido la información en energía en este sistema.

Aquí no hay violación de la termodinámica. Estos tipos usan una cámara de video para determinar la posición de la cuenta, de modo que cuando se tiene en cuenta el presupuesto de energía de la cámara, todo funciona como predicen las leyes de la termodinámica.

Es difícil exagerar la importancia de lo que han hecho: han podido operar una nanomáquina, una cuenta para subir escaleras, usando nada más que información como fuente de alimentación.

Este, dicen, es un tipo de motor completamente nuevo al que llaman motor de calor de información, y no es difícil imaginar su potencial.

Significa que ahora es posible alimentar nanomáquinas utilizando información como medio para transferir energía, incluso si no hay contacto directo con la nanomáquina.

La tarea ahora será reducir el sistema de detección. Una cámara de video es algo pesado para transportar. Claramente, sería útil encontrar alguna forma microscópica de detectar el medio ambiente y utilizar la información recopilada para alimentar un nanodispositivo.

Todavía no está claro cómo se puede hacer esto, pero puede apostar su último dólar a que Toyabe y sus amigos están trabajando en ello. La idea incluso podría generar un poco de interés en otros lugares.

Ref: arxiv.org/abs/1009.5287 : Information Heat Engine: Conversión de información en energía mediante control de retroalimentación

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