lundi , 24 juillet 2017

Dans l’esprit du Démon de Maxwell

Une recherche tente de démontrer l’expérience de pensée du Démon de Maxwell qui concernait un paradoxe avec la seconde loi de la thermodynamique.


Dans l’esprit du Démon de Maxwell
Une recherche propose une vision intéressante sur le fonctionnement de l’esprit du démon de Maxwell qui est une célèbre expérience de pensée en physique. Une équipe de recherche internationale a utilisé des circuits supraconducteurs pour faire vivre le démon.

Le démon, proposé par James Clerk Maxwell en 1867, est un être hypothétique qui peut obtenir une énergie plus grande d’un système thermodynamique par rapport à ce qui est permis par la seconde loi de la thermodynamique qui est l’une des lois les plus fondamentales de la physique. L’équipe a non seulement observé directement l’énergie acquise par le démon, mais également la façon dont l’information est stockée dans la mémoire du démon. La recherche est publiée dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).1

L’expérience de pensée du démon de Maxwell

L’expérience de pensée a été proposée par le physicien James Clerk Maxwell il y a 150 ans. Il a émis l’hypothèse que les particules de gaz dans 2 boîtes adjacentes pouvaient être filtrées par un démon à l’aide d’une petite porte. Ainsi, seules des particules d’énergie élevée pouvaient passer dans une direction et des particules à faible énergie dans le sens opposé.

Le résultat est qu’une des boîtes va obtenir une énergie plus élevée que l’autre ce qui crée une différence de pression. On peut utiliser ce déséquilibre pour gagner de l’énergie contrairement à l’énergie obtenue lorsqu’on relâche l’eau stockée derrière un barrage.

Même si le gaz est initialement en équilibre, le démon peut créer une situation sans équilibre et extraire de l’énergie en violant la seconde loi de la thermodynamique. La Dre Anders, une physicienne théoricienne de l’Université de l’Exeter a déclaré : Dans les années 1980, on a découvert que ce n’était pas toute l’histoire. L’information sur les propriétés des particules restait stockée dans la mémoire du démon. Cette information nécessite un cout énergétique qui réduit le gain d’énergie à zéro ce qui résout le paradoxe.

Dans cette recherche, l’équipe a créé un démon de Maxwell quantique représenté par une cavité hyperfréquence qui extrait l’énergie d’un qubit supraconducteur. L’équipe a pu cartographier la mémoire du démon après son intervention en permettant de dévoiler les informations stockées sur l’état du Qubit.

Selon le Dr Anders : Le fait que le système possède un comportement quantique signifie que la particule peut avoir une énergie élevée et faible en même temps et donc, ce n’est pas un choix exclusif comme cela a été proposé par Maxwell. Cette expérience offre une vision intéressante sur l’interaction entre l’information quantique et la thermodynamique et elle constitue une étape importante dans le développement actuel d’une hypothèse pour les processus thermodynamiques à l’échelle nanométrique.

Sources

1.
Observing a quantum Maxwell demon at work. pnas.org. http://www.pnas.org/content/early/2017/06/30/1704827114.full. Accessed July 6, 2017.
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A propos de Jacqueline Charpentier

mm
Ayant fait une formation en chimie, il est normal que je me sois retrouvée dans une entreprise d'emballage. Désormais, je publie sur des médias, des blogs et des magazines pour vulgariser l'actualité scientifique et celle de la santé.

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