Nuevo Motor Informático Desafía los Límites de la Termodinámica Clásica

MundoCiencia Oficial
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Físicos han desarrollado un dispositivo capaz de desafiar, experimentalmente, el segundo principio de la termodinámica (irreversibilidad de los fenómenos físicos). Se trata de un motor informático que convierte la información en trabajo, disminuyendo la entropía del calor en el proceso y sería el primero en su tipo en proponer una “nueva” segunda ley de la termodinámica.

La Termodinámica Clásica

En la termodinámica clásica se entiende por entropía a un tipo de magnitud física que calcula aquella energía que existe en un determinado objeto o elemento pero que no es útil para realizar un trabajo o esfuerzo. La entropía es aquella energía que no es utilizable ante el advenimiento de un proceso termodinámico, por ejemplo, la puesta en circulación de una determinada cantidad de energía a partir de la reacción de uno o más elementos. Así, en términos más cercanos al léxico común, la entropía podría ser descrita como la energía que resulta desechable ante un proceso termodinámico, aquella energía que no es utilizada y que por tanto no es considerada útil para tal proceso.

El Demonio de Maxwell

Investigadores de los institutos Institute for Basic Science y Ulsan National Institute of Science and Technology, ambos en Corea del Sur, encontraron una forma real de superar el límite de eficiencia que hasta ahora había sido alcanzado, lo que sugiere que aún queda muchísimo por entender de la relación que existe entre información y termodinámica.

El descubrimiento fue gracias a un motor informático llamado Maxwell’s demon (El demonio de Maxwell), el cual utiliza una partícula atrapada por la luz a temperatura ambiente. Debido a la fluctuación aleatoria del calor, la partícula se mueve ligeramente y sus movimientos son registrados por un fotodiodo. Ahora si la partícula se mueve significativamente en una dirección específica, la trampa de luz se mueve hacia ella, siguiéndola.

Representación del

Representación del Maxwell’s demon. Créditos: Phys.org

Después de muchas repeticiones, el motor informático fue capaz de llevar la partícula hacia una determinada dirección, simplemente extrayendo el trabajo de la información obtenida mediante los cambios térmicos aleatorios.

Nuevos límites

Los resultados obtenidos con el Maxwell’s demon abren la posibilidad de crear un motor sin pérdida alguna, donde prácticamente toda la información disponible se transforme en trabajo. Esto significa definir una nueva frontera en la termodinámica.

“Pensar en motores ha impulsado el progreso de la termodinámica y la física estadística desde que Carnot puso un límite para la eficiencia de los motores de calor en 1824”, dijo el físico Hyuk Kyu Pak, quien dirigió la presente investigación. “Añadir el proceso de información en forma de ‘demons’, nos permitió establecer nuevas barreras; siendo esencial para verificar nuevos límites en el experimento”.

Este dispositivo no sólo superó a la termodinámica clásica, sino que también puso en tela de juicio si realmente existe un límite para la eficiencia con la que la información puede convertirse en trabajo. Así pues, para explorar su potencial y conocer la causa por la que este motor cruzó las fronteras que hasta ahora se manejan, los físicos hicieron sus análisis desde la ley generalizada de la termodinámica.

Esquema del proceso del motor de información. Creditos: Wikimedia.org

Esquema del proceso del motor informático. Créditos: Wikimedia.org

Mientras la ley clásica restringe el trabajo generado en un motor informático únicamente por la diferencia entre los estados de energía libre inicial y final, la ley generalizada agrega una segunda restricción: la cantidad de información disponible. Este segundo componente amplía el límite inicialmente creado por la ley convencional, permitiendo que un sistema sea más efectivo a través del trabajo extra que se puede extraer de la información.

La nueva teoría dio cuenta de los resultados obtenidos casi a la perfección. El motor consiguió aproximadamente un 98,5% de la eficiencia máxima que permite la ley generalizada de la termodinámica.

Si bien esta investigación sólo demuestra que es posible superar los límites de la termodinámica clásica (lo que ya de por sí es una hazaña extraordinaria), los datos conseguidos podrían llevar a nuevas investigaciones sobre estos límites y permitan a los científicos comprender mejor la relación entre información y termodinámica. Pak sostuvo que además existen potenciales aplicaciones para crear “híbridos de sistemas biológicos y de ingeniería, incluso en seres vivos, basados en nanotecnología”.

Fuentes: Futurism.com, Phys.org

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