Sammenfiltrede partikler bryder den klassiske termodynamik

For et par år siden publicerede japanske forskere fra University of Tokyo resultater fra et eksperiment, hvor de havde lavet en version af tankeeksperimentet Maxwells dæmon.

Tankeeksperimentet ’Maxwells dæmon’ handler om en boks med en gas af atomer. Boksen er delt ind i to kamre, hvor en dæmon styrer en dør mellem de kamre. Dæmonen sorterer nu atomerne i hurtige og langsomme atomer i hver kammer. Dermed har dæmonen varmet det ene kammer op, mens det andet kammer er kølet ned. Tankeeksperimentet bryder med termodynamikkens anden lov, der siger at varmeenergi ikke kan flyttes uden at bruge energi.

De japanske forskere viste så i et eksperiment, hvor de fik et atom til ”kravle” op ad en trappe ved at sænke og hæve den krævede mængde energi for at gå et trin op. Dermed viste de japanske forskere at det var muligt, at flytte atomet et trin op dvs. varme op uden at bruge energi. Dog skal der bruges energi på at overvåge atomet for at kunne sænke og hæve den krævede mængde energi for at gå et trin op. Dermed bryder japanernes eksperiment ikke termodynamikkens anden lov.

Deres eksperiment viste at det var muligt at konvertere information, i dette tilfælde information om atomets placering om til energi, hvilket fik atomet til at komme et trin længere op ad trappen. Siden da har de japanske forskere tænkt over, hvad der ville ske, hvis man brugte sammenfiltrede partikler i boksen.

Tankeeksperimentet Maxwells dæmon udvides til at omfatte to bokse med sammenfiltrede atomer, og hvor den ene partikel af de sammenfiltrede atomer befinder sig i den ene boks, mens den anden partikel befinder sig i den anden boks. Hvis der måles på den ene partikel i den ene boks, vil man også automatisk vide, hvad den anden partikels tilstand er. Denne information kan så konverteres om til energi. Dermed mener japanerne at det er muligt at trække mere energi ud end den klassiske termodynamik kan forklare. Det betyder så at termodynamikken nu er udvidet til også at inkludere kvantemekaniske effekter, udtaler de japanske forskere.

Japanske forskere, University of Tokyo skrev:

We show that entangled states can be used to extract thermodynamic work beyond classical correlation.

De mener at dette vil have indvirkning på forståelsen af sorte huller, astrobiologi, kvantekemi og nanomekanik.