Les physiciens convertissent l'information en énergie

Voici un travail fascinant. Construisez un petit escalier et placez une petite perle de polystyrène sur la marche du bas (un escalier est assez simple à construire en utilisant des champs électriques).

Il est facile de voir la bille se bousculer par le mouvement aléatoire des molécules dans l'air environnant, le phénomène bien connu du mouvement brownien.

La plupart du temps, le mouvement brownien a tendance à faire tomber le talon dans les escaliers, mais parfois la bousculade est suffisamment puissante pour pousser le talon d'une marche.

Gardez un œil sur la perle à l'aide d'une caméra vidéo et chaque fois que vous la voyez monter une marche, modifiez le champ électrique pour qu'elle ne puisse plus redescendre. C'est comme placer une barrière derrière la perle.

Au fur et à mesure que vous répétez ce processus, la perle montera l'escalier, entraînée par le mouvement brownien.

C'est exactement l'expérience que Shoichi Toyabe de l'Université Chuo de Tokyo et quelques copains ont menée avec succès. L'implication est que la perle est en quelque sorte capable d'extraire de l'énergie de l'environnement, ce qui, à première vue, ressemble à une violation flagrante de la 2e loi de la thermodynamique.

Bien sûr, il y a plus à cela qu'il n'y paraît au premier abord. L'œuvre de Toyabe and co est une version expérimentale du célèbre démon de Maxwell. Imaginez une boîte remplie d'air mais divisée en deux par une barrière. Le démon de Maxwell est un être imaginaire capable d'ouvrir la barrière pour laisser passer les molécules en mouvement rapide tout en la fermant pour les plus lentes.

Finalement, les molécules en mouvement rapide se retrouvent d'un côté de la barrière qui devient plus chaude que l'autre, même si aucune énergie n'a été ajoutée au système.

La question est de savoir si le démon de Maxwell viole ou non la 2e loi de la thermodynamique, à savoir que la chaleur ne peut pas passer d'un système froid à un système chaud par elle-même.

La pensée la plus récente est que le démon de Maxwell ne viole pas la 2ème loi de la thermodynamique car il doit mesurer la vitesse de toutes les molécules avant de décider laquelle laisser passer et cela nécessite de l'énergie. Lorsque cela est pris en compte, il n'y a pas de violation.

Mais voici la chose curieuse. Il n'y a pas de transfert d'énergie conventionnel dans le système : pas de chauffage ou d'accélération de molécules ou autres. Au lieu de cela, l'information elle-même semble être le moyen par lequel l'énergie est transférée.

Ce genre de réflexion a été une curiosité théorique, jusqu'à maintenant. Toyabe et ses amis l'ont effectivement fait, la première démonstration expérimentale de ce type de transmission d'énergie. En effet, ils ont converti l'information en énergie dans ce système.

Il n'y a aucune violation de la thermodynamique ici. Ces gars-là utilisent une caméra vidéo pour déterminer la position de la perle, donc lorsque le budget énergétique de la caméra est pris en compte, tout se passe comme le prédisent les lois de la thermodynamique.

Il est difficile d'exagérer l'importance de ce qu'ils ont fait : ils ont été capables de faire fonctionner une nanomachine - une perle pour monter les escaliers - en utilisant rien de plus que des informations comme source d'alimentation.

Il s'agit, disent-ils, d'un type de moteur entièrement nouveau qu'ils appellent un moteur thermique à informations, et il n'est pas difficile d'imaginer son potentiel.

Cela signifie qu'il est désormais possible d'alimenter des nanomachines en utilisant l'information comme support de transfert d'énergie, même s'il n'y a pas de contact direct avec la nanomachine.

La tâche sera maintenant de réduire le système de détection. Une caméra vidéo est une chose lourde à transporter. Il serait clairement pratique de trouver un moyen microscopique de détecter l'environnement et d'utiliser les informations recueillies pour alimenter un nanodispositif.

On ne sait pas encore comment cela peut être fait, mais vous pouvez parier votre dernier dollar que Toyabe et ses amis y travaillent. L'idée pourrait même susciter un peu d'intérêt ailleurs.

Réf : arxiv.org/abs/1009.5287 : Information Heat Engine : Conversion de l'information en énergie par contrôle de rétroaction

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