El Demonio De Maxwell Convierte La Información En Energía

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Por primera vez, los científicos han convertido la información en energía pura, verificando experimentalmente un experimento mental propuesto por primera vez hace 150 años.

Por primera vez, los científicos han convertido la información en energía pura, verificando experimentalmente un experimento mental propuesto por primera vez hace 150 años.

La idea fue formulada originalmente por el físico James Clerk Maxwell, pero ganó controversia porque parecía violar la segunda ley de la termodinámica. En términos experimentales, esta ley establece que cuando se mezclan agua fría y caliente, eventualmente alcanzarán una temperatura media de equilibrio.

Maxwell propuso que un ser hipotético (más tarde denominado el demonio de Maxwell) podría separar el agua en dos compartimentos y revertir el proceso, aislando las moléculas calientes del frío dejando que solo el más caliente que el promedio atraviese una trampilla entre los compartimentos.

Debido a que el agua mezclada se considera más desordenada (es decir, de mayor entropía) que el agua separada, el demonio ha convertido un sistema de un estado de desorden a un estado de orden, usando solo información (el conocimiento de qué moléculas estaban calientes y frías).

Eso parecía violar la ley, que también establece que la entropía no debe disminuir en un sistema aislado. En otras palabras, el demonio no debería haber podido separar el agua fría y caliente sin gastar energía.

Más tarde, el físico húngaro Leó Szilárd propuso que el proceso no viola las leyes de la física, porque el demonio de hecho habría tenido que gastar algo de energía para determinar qué moléculas son frías y calientes.

Poniéndolo en acción

Si bien los científicos han continuado debatiendo la teoría, nunca antes nadie ha puesto en práctica el experimento.
Recientemente, el físico Shoichi Toyabe de la Universidad de Chuo en Japón y sus colegas hicieron exactamente eso.

"Hoy en día tenemos la tecnología, incluso se pueden observar moléculas individuales y podemos controlar elementos muy pequeños muy rápidamente, por lo que en principio no es difícil hacer una especie de demonio de Maxwell", dijo la coautora del estudio Masaki Sano, de la Universidad de Tokio.

Los investigadores crearon una versión en miniatura de una escalera de caracol y causaron que una molécula subiera por esta escalera utilizando información.

En la configuración, la escalera estaba hecha de energía potencial y se creaba utilizando campos eléctricos. La molécula tenía algo de energía térmica, el calor, por lo que fluctuaría, moviéndose en direcciones aleatorias.

Los científicos utilizaron una cámara de alta velocidad para fotografiar la molécula. Cuando se movía por la escalera, dejaron que se moviera libremente, pero cuando se movía por la escalera, los investigadores bloquearon su movimiento insertando una pared virtual con un campo eléctrico.

"Es como si la partícula estuviera haciendo pasos al azar hacia arriba o hacia abajo, pero solo cuando la partícula sube las escaleras, colocamos un poco de pared en las escaleras para evitar que la partícula caiga", dijo Sano a WordsSideKick.com. "Esto es una especie de demonio de Maxwell".

A medida que la partícula subía por la escalera, ganaba energía porque se movía a un lugar de mayor potencial, similar a escalar una montaña. Sin embargo, los investigadores nunca tuvieron que empujar la partícula hacia la montaña (es decir, trabajar o ingresar energía); simplemente utilizaron la información sobre la dirección en la que se movía en un momento dado para guiar el ascenso.

Incremento de energía

Los investigadores no solo pudieron mover la partícula por las escaleras, sino que también pudieron medir con precisión la cantidad de energía que se convirtió a partir de la información.

Los investigadores describen sus resultados en la edición en línea del 14 de noviembre de la revista Nature Physics.

En un ensayo adjunto en el mismo número de la revista, el físico Christian Van den Broeck de la Universidad de Hasselt en Bélgica, que no participó en el nuevo estudio, lo llamó "una verificación directa de la conversión de información en energía".

Si bien el experimento en sí muestra que es posible crear energía a partir de la información, en la práctica, la técnica no ofrece potencial para resolver la crisis energética en el corto plazo.

"El verdadero costo energético de este experimento de conversión de información a energía se encuentra algo oculto en su enorme aparato periférico (incluido el estudiante de doctorado que está operando el experimento)", escribió Van den Broeck. "Como tal, el experimento recuerda a producir una pequeña cantidad de energía de la fusión nuclear en un reactor que consume considerablemente más energía".

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