Главная  Информация для покупателей  Новости науки  Демона Максвелла зажали между квантовыми точками

Демона Максвелла зажали между квантовыми точками

11 июня 2020


Демон Максвелла — это создание физика Джеймса Максвелла в 1867 году для разрешения парадокса, возникающего при применении второго начала термодинамики к объяснению энтропии замкнутых систем. Демон — это воображаемое существо, которое якобы управляет молекулами, их скоростью и температурой. То есть, если вообразить сосуд, разделенный на две части перегородкой, то над ней как раз сидит демон и управляет поведением молекул внутри этой системы. Его задача проста — он распределяет все молекулы по отсекам в зависимости от их скорости. Быстрые молекулы помещаются в одну часть сосуда, медленные — в другую. Разница в скоростях частиц создает и разницу в их температуре. Таким образом, демон упорядочивает молекулы и уменьшает энтропию всей системы. Это создает парадокс второго закона термодинамики.

Ученые неоднократно пытались продемонстрировать систему с демоном Максвелла, используя лабораторное оборудование, различные молекулярные машины, включали в эксперименты броуновские частицы и даже моделировали систему с использованием молекул ДНК. Последним экспериментом в исследовании термодинамики систем с демоном Максвелла стала система квантовых точек. Ученые говорят о том, что при распределении частиц по отсекам сосуда возникает определенное количество информации. Когда её становится слишком много, демон удаляет ее и, таким образом, увеличивается энтропия исследуемой системы. То есть именно наличие информации должно влиять на уровень энтропии.

Ученые поместили в систему двух квантовых точек резервуар электронов с одинаковой температурой. Было смоделировано возникновение демона Максвелла и продемонстрировано влияние информации на конвертирование тепла в работу. Ученым удалось реализовать измерение зарядов, присутствующих в системе квантовых точек, и перемещение электронов супротив приложенному напряжению по возвратной схеме. Переходы были одноэлектронными, так они помогли дать теоретическую оценку термодинамических характеристик демона Максвелла. После этого ученые составили кривые зависимостей мощности и тепла от степени туннелирования и запирающего напряжения.

Оказалось, что нормальному распределению не подчиняются рабочее, транспортное и тепловое распределения. При этом изменение энтропии целостной системы, которая представляет собой объединенные энтропии демона Максвелла и системы резервуаров с квантовыми точками, подчиняется второму закону термодинамики — ее показатель больше 0. Если допустить присутствие неидеального демона в данной системе, то возникнет некоторый шум, который создаст задержку измерения — у демона Максвелла будет сужена область действия. При этом степень туннелирования увеличится, и станут не достижимыми идеальные параметры мощности. В таких условиях описать траекторию электронов точным образом не получится. Но даже тогда можно оперировать демоном Максвелла, и именно это радует ученых, которые применяют данную модель для упорядочивания элементов других необычных систем.

DDDDD

Другая информация

29 октября 2020
Ученые сжали Землю до одного пикселя и потеряли на ней признаки жизни

Ученые решили сравнить снимки разных регионов нашей планеты из космоса, сжав ее изображение до одного пикселя, чтобы проверить уровни яркости пустынной местности и участков с густым лесом.

26 октября 2020
Установлен самый короткий промежуток времени

Новый рекорд установил Свен Грундманн. Он брал за основу молекулу водорода и направлял на неё ионизирующее рентгеновское излучение.

22 октября 2020
С помощью биомиметических материалов можно воспроизводить структуры природных объектов

Изучение природных структур привело к созданию биомиметических материалов, которые успешно применяются для замены поврежденных тканей, хрящей и суставов в организме человека, и адаптируемых конструкций, например, бронепластин.

19 октября 2020
Золотая сетка повысила четкость изображений криоэлектронной микроскопии

Сетка с мелкими и плотно расположенными порами не способствует деформации исследуемых объектов и позволяет визуализировать их структуру с высоким разрешением.

15 октября 2020
Нобелевскую премию по экономике в 2020 году вручили за развитие теории аукционов

Работа лауреатов премии профессоров Стэнфорда Роберта Уилсона и Пола Милгрома состояла в определении естественных сложностей аукционов и реализации новых форматов в сложных ситуациях.

Вся информация


Сайт использует файлы cookies. Продолжая просматривать сайт Вы соглашаетесь с использованием cookies. Хорошо!