Lechtivě strašidelný koncept Maxwellova démona se zřejmě poprvé objevil v dopisech Jamese Clerka Maxwella v letech 1867 a 1871, veřejnost s ním byla konfrontována v Maxwellově knize Theory of Heat roku 1872. Výraz „démon“ ovšem v souvislosti s ním poprvé použil nejspíš lord Kelvin, v časopisu Nature roku 1874. Původně to prý nemyslel tak úplně v ďábelských souvislostech, jména mají ale velkou moc sama o sobě a Maxwellův démon nám od té doby pěkně zvlčel. Milovníci vědeckého fantasy ho znají například jako elegantního šviháka z Pana Tompkinse v říši divů George Gamowa, zajímavou roli má i v příbězích úžasně kyber pitoreskní Lemovy Kyberiády (musím si ji zase přečíst). Zato mnozí fyzici dodnes určitě mají z Maxwellova démona nepříjemné pocity.
Maxwell původně vyvolal svého démona, aby dokázal, že nelze zlomit ducha Druhého termodynamického zákona. Kdyby takový démon seděl u dveří mezi dvěma nádobami s plynem původně o stejné teplotě a na jednu stranu pouštěl molekuly rychlé a na druhou pomalé, tak mezi nádobami vznikne rozdíl v teplotách a entropie celého systému se sníží. V roce 1929 si Leo Szilard na Maxwellově démonovi vystavěl vlastní myšlenkový experiment. Říká se mu Szilardův tepelný stroj a těží energii z informace. Až doposud Szilardovy stroje těžily klasickou informaci. Teď se objevuje koncept Szilardova tepelného stroje, který vytěží energii čistě z kvantové informace.
Přišli s ním Jung Jun Park z korejské Národní univerzity v Pusanu a jeho kolegové. Vymysleli kvantový tepelný stroj, který je v mnoha ohledech podobný Szilardovu tepelnému stroji. Oba stroje začínají pracovat v termodynamické rovnováze a v obou případech je tvoří dva prostory oddělené přepážkou. Kvantový tepelný stroj je vlastně dvouatomová verze Szilardova stroje s polopropustnou přepážkou, která pomocí mechanismu kvantového rozkolu (quantum discord) těží energii z kvantové informace.
Stejně jako Szilardův stroj, se ani kvantový tepelný stroj neprotiví Druhému zákonu termodynamiky, protože se v obou těchto systémech nesnižuje výsledná entropie. Park a spol. také podotýkají, že jejich kvantový stroj není cyklický. Vždy se musí vracet do výchozího stavu a k tomu je nutné vynaložit energii. Badatelé si vyzkoušeli důkladný myšlenkový experiment a zjistili, že by realizace takového pokusu v reálu byla nestydatě obtížná. Pak se raději zaobírali kvantovým tepelným strojem, který byl výrazně vychýlen od rovnovážného stavu, s nímž to podle všeho bylo o něco snazší. Zatím to jsou všechno jen takové hodně teoretické hrátky, ale s rozvojem nanotechnologií, kdo ví, jakých překvapení se nadějeme.
Literatura
Phys Org 18. 12. 2013, Physical Review Letters 111: 230402, Wikipedia (Maxwell"s demon, Szilard"s engine, Quatum discord).
Diskuze:
