Um experimento mental de 1867 leva os cientistas a projetar um mecanismo de informação inovador.
A informação pode se tornar uma fonte de energia? Cientistas da Simon Fraser University (SFU), no Canadá, desenvolveram um motor ultrarrápido que afirma operar com base na informação, potencialmente abrindo uma nova fronteira na busca da humanidade por novos tipos de combustível. O estudo, publicado na Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), descreve como os pesquisadores transformaram os movimentos de partículas minúsculas em energia armazenada.
Como funcionaria um motor de informação? A ideia de tal engenhoca, que a princípio parece que quebraria as leis da física, foi proposta pela primeira vez pelo cientista escocês James Clerk Maxwell em 1867. Coloridamente chamada de “demônio de Maxwell”, tal máquina teoricamente alcançaria algo semelhante a movimento Perpétuo. O experimento mental de Maxwell pretendia mostrar que pode ser possível violar a segunda lei da termodinâmica, que basicamente afirma que a quantidade de entropia, ou desordem, sempre aumenta.
Maxwell imaginou uma criatura hipotética, um demônio, que controlaria a abertura e o fechamento de uma pequena porta entre duas câmaras de gás. O objetivo do demônio seria enviar partículas de gás que se movem rapidamente para um compartimento e as lentas para outro. Ao fazer isso, um compartimento ficaria mais quente (contendo moléculas mais rápidas) e um mais frio. O demônio criaria essencialmente um sistema com maior ordem e energia armazenada do que o que começou. Sem gastar qualquer energia, aparentemente realizaria uma diminuição na entropia.
Um artigo de 1929 sobre o demônio de Maxwell, do físico húngaro Leo Szilard, na verdade mostrou que o experimento mental não violaria a segunda lei da termodinâmica. O demônio, provou Szilard, precisa exercer alguma energia para descobrir se as moléculas são quentes ou frias.
Mais de 150 anos depois, os pesquisadores construíram um sistema que opera de acordo com as ideias do experimento mental de Maxwell, transformando informação em “trabalho”.
O professor de física da SFU e autor sênior John Bechhoefer, que estava envolvido nos experimentos, explicou em um comunicado à imprensa que seu grupo “queria descobrir quão rápido um motor de informação pode ir e quanta energia pode extrair, então fizemos um.”
O professor de física da SFU David Sivak, que liderou os teóricos do projeto, disse que sua equipe fez um avanço significativo no design do mecanismo de informação, tendo “empurrado suas capacidades dez vezes mais longe do que outras implementações semelhantes, tornando-se assim o melhor em aula.”
Seu design é semelhante a uma partícula microscópica que está submersa na água, ao mesmo tempo que está ligada a uma fonte que, por sua vez, está conectada a um estágio que pode ser movido para cima. Os pesquisadores, desempenhando o papel do demônio de Maxwell, observam a partícula subindo ou descendo devido ao movimento térmico e, em seguida, movem o palco para cima se a partícula saltar aleatoriamente para cima. Se cair, eles esperam. Conforme elaborado pelo estudante de doutorado Tushar Saha, “Isso acaba levantando todo o sistema usando apenas informações sobre a posição da partícula.”
Obviamente, uma partícula é muito pequena para se prender a uma mola, então a configuração real utilizou um instrumento conhecido como armadilha óptica, que “usa um laser para criar uma força na partícula que imita a da mola e do estágio. ” À medida que repetiam o processo, sem puxar a partícula diretamente, a partícula foi elevada a uma “grande altura”, armazenando uma grande quantidade de energia gravitacional, segundo os pesquisadores.
A quantidade de energia que esse sistema gera é “comparável à maquinaria molecular em células vivas”, com “velocidades comparáveis às de bactérias que nadam rapidamente”, disse o pós-doutorando Jannik Ehrich.
Embora as aplicações desta tecnologia ainda em desenvolvimento ainda devam ser totalmente exploradas, os pesquisadores vêem usos potenciais em nanotecnologia e nanobiologia. Melhorar a velocidade da computação também pode ser um caminho potencial a seguir, de acordo com os pesquisadores
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