Их опыт берет свое начало еще в 1871 году, когда физик Джеймс Максвелл предложил мысленный эксперимент: некий Демон контролирует единственную дверь в стене, разделяющей две изолированные камеры, заполненные газовыми молекулами. Демон заставляет быстро движущиеся частицы влетать в одну комнату, а медленно движущиеся - в другую. Через некоторое время в одной комнате собирались только быстро движущиеся частицы, а в другой - только медленно движущиеся. Система "потеряла" энтропию, но не израсходовала энергию, создавая, тем самым, кажущееся нарушение второго закона термодинамики.
В 1929 году венгерский физик Лео Сцилард предложил ключ к пониманию парадокса Максвелла: этот Демон должен был расходовать энергию замеряя скорость молекул; таким образом, комплексная система демона плюс газ фактически требовали работы и расхода энергии. Для своих измерений Демон использовал энергию, создавая информацию, сохраняя второй закон, и выдвигая идею, что информация может быть преобразована в энергию, и наоборот.
На получение лабораторного доказательства в поддержку той идеи ушло еще восемь десятилетий. Исследователи описали свои результаты в свежем онлайн-выпуске журнала «Nature Physics».
Сано и Тояба поместили несколько наноразмерных бусинок в специальный раствор. Затем они «заряжали» раствор, который побуждал эти бусинки перемещаться по часовой стрелке; или, по крайней мере, расходовать меньше энергии, двигаясь по часовой стрелке, нежели против нее.
Некоторые специалисты уподобили это лестнице: энергии требуется больше тогда, когда ты идешь вверх, а не вниз. В данном случае перемещение по часовой стрелке равносильно ходьбе вниз по лестничному маршу.
Но случайные молекулы в растворе могли «ударять» по бусинке, заставляя ее поворачивать против часовой стрелки или идти "по лестнице вверх" — накапливая больше потенциальной энергии. Всякий раз, когда шарик поворачивался против часовой стрелки (т.е. поднимался по лестнице), ученые прилагали электрическое напряжение к емкости с раствором, чтобы препятствовать его возвращению назад (скатыванию по условной лестнице), сохраняя запасенную им механическую энергию. Когда в следующий раз нанобусина случайно «раскручивалась» против часовой стрелки, они снова предотвращали ее движение вспять запланированному, накапливая еще больше потенциальной энергии. В сущности, они преобразовали тем самым знание о направлении спина (информацию) в энергию.
Японский эксперимент показал эффективность преобразования информации в энергию на уровне 28%, что согласуется с теоретическими расчетами. Конечно, этого не хватит, чтобы решить проблемы мировой энергетики, но достаточно, чтобы доказать один любопытный момент: знание может и не энергия, но уж точно — работа (процесс).
Nature Physics, doi:10.1038/nphys1821/physorg.com
