Юный техник, 2011 № 04 - [7]

Но все-таки, как же японские исследователи осуществили свой эксперимент? В рамках работы ученые поместили две продолговатые бусинки из полистирола размером около 300 нанометров каждая в специальный раствор, который сами организаторы эксперимента назвали буферным.

Одна из бусин была прикреплена к стеклянной подложке, а вторая могла свободно вращаться вокруг первой — бусина двигалась под ударами молекул буферного раствора, в который была погружена вся система. Молекулы буфера приблизительно с равной частотой ударяли по бусине с разных сторон, заставляя вращаться то по часовой стрелке, то против.

Исследователи могли препятствовать вращению бусины в одном из направлений, прикладывая напряжение к электродам, расположенным на стеклянной подложке.

В создаваемом электромагнитном поле из диэлектрического материала бусине было энергетически выгоднее вращаться только в одном из возможных направлений. При этом ученые наблюдали за движением бусины при помощи микроскопа, оснащенного камерой для высокоскоростной съемки. Когда бусина вращалась против часовой стрелки, они прикладывали к электродам напряжение так, чтобы возникающее поле не давало ей совершить оборот в обратном направлении.

Сами авторы проводят аналогию между созданной ими системой и подъемом бусины по винтовой лестнице: каждый оборот против часовой стрелки соответствовал перемещению на одну ступеньку вверх. То есть спустя некоторое время после начала эксперимента бусина как бы поднималась до конца лестницы при том, что притока энергии в систему извне не было — ученые только меняли направление поля в зависимости от поступающей информации о системе. При этом сами физики не скрывают, что основой для эксперимента стали теоретические выкладки французского физика Лео Сциларда, опубликованные им в работе 1929 года, где он описал гипотетическую машину, которая позволяет превращать имеющуюся в системе информацию в энергию. Однако машина Сциларда не может быть использована для создания «вечного двигателя», способного, например, превращать в электричество пустопорожнюю болтовню.

Японские ученые подчеркивают, что закон сохранения энергии не нарушается в их эксперименте, поскольку для работы компьютеров и камер, а главное, для создания электромагнитного поля требуется электрическая энергия. Вместе с тем непосредственно передачи энергии самой бусинке не происходит; стало быть, в рамках эксперимента происходит превращение информации в энергию.

Эксперимент японских ученых и его схема.

Исследователи даже подсчитали, что при комнатной температуре 1 бит информации в созданной ими машине Сциларда давал 3x10²¹ джоулей энергии. Казалось бы, очень немного. Однако исследователи полагают, что и этой энергии вполне достаточно, чтобы заставить двигаться, например, наноробота — переносчика лекарств.

Ведь КПД созданного ими устройства — около 28 %. Это не так уж мало — ведь КПД самых лучших двигателей внутреннего сгорания не превышает 40 %.

Ученые не исключают, что в будущем разработанный ими принцип позволит создать системы, в которых размеры и управляемого объекта (например, наномотора), и «демона» не будут превышать сотен нанометров.

Кстати, для того чтобы представить себя «демоном Максвелла», вовсе не обязательно мысленно сжиматься до размеров молекул. Любая живая система в некотором роде представляет собой такого «демона», ежесекундно пытаясь воссоздать порядок из окружающего ее хаоса.

Публикацию подготовил С. СЛАВИН

КОЛЛЕКЦИЯ ЭРУДИТА Великая стена в космосе

Так уж, видно, устроен человек, что в любом хаосе он старается обнаружить некую систему. Казалось бы, звезды на небосклоне разбросаны, как придется, но уже древние астрономы для облегчения запоминания положения светил стали собирать их в созвездия и галактики, присваивая им звучные имена — Кассиопея, Большая Медведица, Андромеда, Млечный Путь… И такое «вселенское строительство» продолжается и поныне…

Скажем, еще сравнительно недавно считалось, что галактики, в том числе и наша — Млечный Путь, — разлетаются от центра, где некогда случился Большой взрыв, в хаотическом беспорядке. Однако в 70-е годы XX века группа эстонских астрофизиков под руководством академика Я.Э. Эйнасто обнаружила, что отдельные галактики, словно кирпичи в стене, образуют более сложные системы, названные гипергалактиками.

Кто-то из журналистов, пишущих на научно-популярные темы, заметил, что при некотором воображения можно представить эти гипергалактики в виде пчелиных сот. С его легкой руки их так и стали называть — «соты Вселенной». Но соты в ульях, как известно, располагаются в рамках. Подобные «рамки», похоже, найдены и во Вселенной. Когда ученые Гарвардского университета, используя современные астрономические инструменты, попытались составить объемную карту Вселенной, обнаружилось, что гипергалактики действительно группируются в еще большие образования.

Одно из них получило название Великой стены. Наверное, потому, что назвать «рамкой» некое образование из тысяч галактик, подобных Млечному Пути, имеющее длину полмиллиарда, ширину 200 миллионов и толщину 15 миллионов световых лет, ученым показалось несолидно.