Maxwellův nanodémon  
Na svět byl přivolán pradávný démon děsící fyziky už po 140 let. I když neporušuje zákony termodynamiky, jde o pozoruhodnou aplikaci nanotechnologie.

 

Zvětšit obrázek
Maxwellův démon potkává rotaxan.

Skotský fyzik James Clerk Maxwell v roce 1867 vytvořil lišácký myšlenkový experiment. Vymyslel zlobivého démona, který zlomyslně porušuje druhý termodynamický zákon. Tento zákon stručně řečeno praví, že se tepelná energie samovolně nemůže přeměňovat na energii mechanickou. Maxwellův démon využívá toho, že se molekuly čas od času samy od sebe urychlují a takové rychlejší, čili teplejší molekuly loví a shromažďuje, aniž ho to stojí nějakou energii. Je to vlastně démonické perpetuum mobile druhého druhu, Takový démon by mohl malá a náhodná porušování druhého termodynamického zákona sčítat a nakonec třeba převádět na mechanickou práci.

Zvětšit obrázek
Schéma rotaxanu.

 

Sám Maxwell to celé myslel jako úmyslnou hloupost dokládající, že druhý termodynamický zákon nejde obejít a slovo démon vlastně nepoužil. Takto tuto bytost nazval nejspíš až lord Kelvin v roce 1874. Maxwellův démon se každopádně skvěle uchytil v popkultuře a popularizátoři fyziky jsou za něj Mawellovi a Kelvinovi dodnes neskonale vděční. Vystupuje v mnohých příbězích, knihách, pronikl na prkna divadel i na televizní obrazovku. Český čtenář ho nejspíš bude znát jako šviháckého tenistu z Gamowova Pana Tompkinse v říši divů.

 


Zákony termodynamiky provokují generace snílků, kteří se nehodlají smířit s jejich železnými okovy. I Maxwellův démon je neustále vyvoláván, zatím však s bídným výsledkem. Teď ale svitla naděje. Těžko říct, jestli by Maxwell měl radost anebo ne, ale jeho démon je na světě. Zůstává skotským fenoménem, vyvolal ho tým nanotechnologů z University of Edinburgh v čele s Davidem Leighem. Jejich nanostroječek dokáže chytit a uvěznit molekuly pohybující se určitým směrem.

 

Zvětšit obrázek
Maxwellův démon v akci. Pustí jenom rychlejší molekuly.

Fyzika se ovšem nemusí třást základech. Už Maxwell tvrdil, že pokud by snad někdy takového něco fungovalo, muselo by to být poháněné energií. To nový skotský Maxwellův démon vskutku je a proto druhý termodynamický zákon neporušuje.

Zvětšit obrázek
Maxwell James Clark (1831-1879) Maxwell v nauce o elektřině a magnetismu sehrál podobnou úlohu jako Isaac Newton v mechanice. Vytvořil jednotný vědní obor, který nazýváme teorií elektromagnetického pole.

Na perpetuum mobile si tedy ještě budeme muset nějaký čas počkat. Leighův démon pracuje na světelnou energii. Jeho nanostroje jsou vlastně proteinové rotaxany, prstencové molekuly navlečené na osu. Pomocí světla se autorům podařilo během pár minut vychýlit miliardy takových nanomašinek z termodynamické rovnováhy.

 

Rotaxany mají před sebou zářnou budoucnost. Asi nejméně zajímavé aplikace je plánují využít jako extrémně trvanlivá barviva. Mnohem víc sci-fi je jejich možné praktické uplatnění v molekulární elektronice, kde by měly sloužit jako základní logické prvky.

 

V souvislosti s rotaxany se také mluví o takzvaných molekulárních svalech. Teď i rotaxany jako Maxwellovi démoni, byť vlastně falešní, přinášejí další fascinující možnosti pro technologie 21. století. Maxwell měl loni 175 výročí svého narození v Edinburghu, nová studie je tedy kromě pozoruhodného objevu také milým dárečkem.

 

Pramen:  Nature 445, 523-527, Wikipedia, Vesmír 81: 613-615.

 

 

Datum: 08.02.2007 06:23
Tisk článku

Fyzika - Demo Pavel
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 323 Kč
cena: 303 Kč
Fyzika
Demo Pavel

Diskuze:

bulvar

xyz,2007-02-12 15:05:53

typickym znakem bulvaru je, ze velkohuby nazev pritahne pozornost k necemu co pak ve clanku vubec neni..

Odpovědět


tak tak

dana,2007-02-14 22:42:44

Typickym znakem xyz je ze neznaji abcd. Jsou lini si nastudovat efgh a tak se musi omezit jen na velkohubou nekonkretni vytku. Tohle nejsou jesle. Taky si koukam neco nastudovat panove. V posledni dobe vam tady v diskusich intelektualne davaji zeny na frak. Nezda se vam?

Odpovědět

nějak

pavelm,2007-02-09 14:40:19

Nějak z článku nedokážu vyčíst, jakou souvislost mají rotaxany s maxwellovým démonem...

Odpovědět

Prece jen uz to tady bylo

Jiri Polivka,2007-02-08 17:11:00

Ac se zda, ze jde o "perpetuum mobile", neo podobneho uz tu bylo. Prvni cpavkovy MASER vlastne zahriva zasobu cpavku a elektrostaticky selektor vybira jen ty molekuly cpavku s vyssi energii; zavede je do rezonatoru, kde vybudi oscilace na rezonancnim kmitoctu cpavkove molekuly.
Urcite se najdou dalsi metody, jak vyuzit rozdily energetickych hladin...

Odpovědět

Nějak jsem nepochopil o co jde

Karel,2007-02-08 11:14:48

Pokud bylo smyslem článku seznámit veřejnost s pojmem 'Rotaxan' tak prima, jinak mi tady úplně chybí nějaký popis čeho vlastně ti vědci dosáhli.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni




















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace