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
15 апреля 2021
Техника ультразвуковой визуализации позволяет читать мысли

Работа новой системы основывается на технологии функционального ультразвука, которая точно отображает нейронную активность из ее источника глубоко в мозге с разрешением около 100 мкм.

12 апреля 2021
Изучена структура углерода под давлением 2000 гПа

Алмазная фаза углерода, как считают ученые, является самой «упрямой» структурой, которая способна сохранится в гораздо большем диапазоне планетарных условий, чем считалось ранее.

08 апреля 2021
Археи искажают свою ДНК экстремальными способами

Микробы-археи могут мгновенно искажать свою ДНК, чтобы включать и выключать нужные гены. Такой вид молекулярной «гимнастики» ранее никогда не наблюдался у других организмов.

05 апреля 2021
Ученые разработали устройство, которое помогает ускорить регенерацию костей

Новый модифицированный метод введения лекарств с помощью специального имплантируемого устройства исключает необходимость в повторных инъекциях.

01 апреля 2021
Искусственный интеллект поможет диагностировать рак молочной железы

Аналитическая система была обучена с помощью процессов машинного обучения, чтобы предсказывать такие молекулярные характеристики, как экспрессия генов и белков и состояние ДНК.

Вся информация


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