Wenn der Maxwell-Dämon sich Zeit lässt: Messung der Reaktionszeit von Mikropartikeln

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Forscher der Universitäten Wien und Stuttgart haben eine Version von Maxwells Dämon untersucht, der durch eine verzögerte Rückkopplungskraft verkörpert wird, die auf ein schwebendes Mikroteilchen wirkt.

Sie bestätigten neue fundamentale Grenzen, die durch die Zeitverzögerung den Handlungen des Dämons auferlegt werden, die nicht durch die Standardgesetze der Thermodynamik abgedeckt sind.

Das Wissenschaftlerteam hat seine neue Studie in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht.Ein Maxwell-Dämon ist ein hypothetisches intelligentes Wesen, das in der Lage ist, die Bewegungen einzelner Moleküle zu erkennen und darauf zu reagieren.

In seinem Gedankenexperiment stellte sich James Clerk Maxwell einen Dämon vor, der eine kleine Tür kontrolliert, die zwei Kammern mit Gasmolekülen verbindet.

Indem er nur die schnellen heißen Moleküle in einer Kammer durchlässt, trennt der Dämon kalte von heißen Molekülen und verringert so die Unordnung, die Entropie, des Systems in scheinbarem Widerspruch zum zweiten Hauptsatz der Thermodynamik.Heutzutage kann das Gedankenexperiment des Maxwell-Dämons z.B.

durch ein Mikropartikel realisiert werden, das einer Rückkopplungskontrolle unterzogen wird.

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Das bedeutet, dass die Position eines Teilchens gemessen, die Information gespeichert und durch Anwendung einer geeigneten Rückkopplungskraft zur Energiegewinnung aus dem Mikroteilchen verwendet wird.

In früheren Studien war die Reaktionszeit des Dämons jedoch nie berücksichtigt worden.

Dies hat Auswirkungen auf die Leistung des Dämons und sollte in realistischen Szenarien berücksichtigt werden.Aufbauend auf einer kürzlich durchgeführten theoretischen Studie von M.L.

Rosinberg und T.

Munakata hat eine internationale Zusammenarbeit von Forschern der Universität Wien (Österreich) und der Universität Stuttgart (Deutschland) nun den Effekt der Zeitverzögerung in einem thermodynamischen Ansatz für den Maxwell-Dämon untersucht.

Die Wissenschaftler verwendeten ein Mikroteilchen, das durch Laserlicht optisch schwebt.

Das Teilchen schwingt in einer optischen Pinzette im Vakuum, während es zufälligen Kollisionen mit dem umgebenden Gas ausgesetzt ist, die so genannte Brownsche Bewegung.

Der Dämon, der durch einen elektronischen….

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