Demon Maxwella ożywiony

W swoim eksperymencie myślowym z 1876 r. szkocki fizyk James Clerk Maxwell zaproponował istnienie małego demona, strzegącego otworu łączącego dwa zbiorniki z gazem. Stwór ten przepuszcza szybko poruszające się cząstki tylko z lewej strony na prawą, a cząstki powolne - z prawej na lewą. Po pewnym czasie w jednym zbiorniku pozostaną tylko cząstki szybkie, a więc gaz będzie gorący, w drugim zaś zbiorniku znajdować się będą tylko powolne cząstki gazu chłodniejszego.

Taka spontaniczna ucieczka od stanu równowagi łamałaby drugą zasadę termodynamiki. W dużym uproszczeniu druga zasada termodynamiki głosi, że w układzie zamkniętym samorzutnie zachodzą procesy, podczas których entropia układu wzrasta (procesy nieodwracalne), a więc ciepło będzie się rozkładać równomiernie.

Demon, wymyślony przez Maxwella dla zobrazowania zasad rządzących termodynamiką, znalazł swoje wcielenie dzięki współczesnej chemii syntetycznej. David A. Leigh i jego współpracownicy z Uniwersytetu w Edynburgu stworzyli związek chemiczny w postaci niewielkiego pierścienia nawleczonego na nić cząsteczek. Takie molekuły, nazywane rotaksanami, znane są już ze swych niezwykłych możliwości. Rok temu na ich bazie zbudowano maleńki, czterosuwowy silnik zasilany energią słoneczną.

Wszystkie jednak poprzednie "urządzenia" działające dzięki rotaksanom prowadziły do równowagi termodynamicznej. Szkockim naukowcom udało się osiągnąć efekt przeciwny. Umieścili oni na "nici" z cząsteczek, na którą nawleczony jest pierścień, rodzaj zgrubienia działającego na zasadzie zapadki: przepuszcza ono pierścień ze strony A na stronę B, ale nigdy w stronę przeciwną.

Układ wielu takich molekuł szybko uciekłby od stanu równowagi. Cały proces wymaga dostarczenia energii w postaci światła. Jednakże energia ta nie jest pochłaniana przez poruszający się pierścień, a wykorzystywana jedynie do przekazywania "demonowi" informacji o położeniu pierścienia. Pomimo więc, że sama ucieczka od stanu równowagi nie wymaga dostarczenia energii, do przekazywania demonowi informacji i jej zbierania energia jest wymagana. Dlatego druga zasada termodynamiki póki co jest ocalona.(PAP)