По мнению редакции авторитетного издания Physical Review Letters, самым ярким исследованием года стала разработка так называемого «информационного» двигателя, топливом для которого буквально стала информация. Прототип двигателя совершал работу исключительно благодаря расчётам, не затрачивая на неё какой-либо энергии. К сожалению, это открытие работает только в микромире.
Источник изображения: Pixabay
Все мы знаем о таком явлении как тепловой шум. В обычном состоянии тепловые колебания носят случайный характер и не могут совершать полезную работу. Исправить ситуацию можно с помощью обратной связи — информации, которая могла бы отсекать «тормозящие» колебания и фиксировать «рабочие». Тогда раз за разом двигатель совершал бы только полезную работу, не расходуя на неё энергию в виде топлива. Роль топлива в такой системе играла бы информация — это система определения совершённой работы и обратная связь, управляющая двигателем.
Группа физиков из Университета Саймона Фрейзера в Бернаби (Британская Колумбия) и Института фундаментальных вопросов (FQXi) провела эксперимент, в котором стеклянная бусинка размером с бактерию двигалась в заданном направлении с помощью теплового шума и информации о её положении. Бусинку поместили в воду и поймали в лазерную ловушку. Тепловые колебания молекул воды толкали бусинку во всех возможных направлениях, но благодаря измерениям её положения в воде и обратной связи оптическая ловушка перемещалась в пространстве только тогда (и удерживала бусинку на новом уровне), когда движение шло в нужном направлении.
Учёные отмечают, что точность определения положения бусинки в пространстве оставляла желать лучшего и, тем самым, совершаемая «информационным» двигателем работа была мала. Повысить КПД двигателя удалось после включения в алгоритм так называемой «байесовской оценки решения» — статистического метода, который во многом прогнозировал новое положение бусинки, чем измерял его.
Фактически «топливом» такого двигателя выступала только информация о примерном положении бусинки, полученная с помощью измерения, алгоритм расчёта, который уменьшал погрешность измерений и механизм обратной связи, который фиксировал бусинку (проделанную работу) на новом уровне. Процесс совершения работы выполнялся тепловым шумом. Можно сказать, бесплатно. Теперь учёные думают над экспериментами, как произвести подобную работу из других источников шума. Если всё получится, можно будет извлекать энергию из источников, о которых мир пока не мечтал.