محققان ابزار جدیدی را طراحی کرده‌اند که مانند دیو مشهور ماکسول عمل می‌کند. این ابزار مانند یخچال کوچکی است که به جای منبع تغذیه خارجی، با آنتروپی موجود در اطلاعات، تغذیه می‌شود.
یکی از آزمایشات ذهنی مشهور در قرن نوزدهم، دیو ماکسول است. دیو ماکسول، می‌تواند مولکول‌های سرد را از مولکول‌های گرم جدا کند، که در عمل، قانون دوم ترمودینامیک را زیر پا می‌گذارد – قانون دوم بیان می‌کند که آنتروپیِ کل یک سیستم هرگز کاهش نمی یابد. یک تیمِ تحقیقاتی اخیرا درPhysical Review Letter به معرفی ابزاری پرداخته که مانند دیو ماکسول عمل می‌کند. این وسیله قانون دوم ترمودینامیک را نقض نمی کند، بلکه با استفاده‌ی به جا از اطلاعاتِ دیجیتال، آنتروپی لازم را تامین می‌کند. از طرفی چون این سیستم به انرژی ورودی نیازی ندارد، از این رو می‌تواند مانند یک یخچال عمل کند- یعنی ماشینی که انرژی را از قسمت سرد به قسمت گرم منتقل می‌کند. اگر این وسیله ساخته شود، آنگاه می‌توان به رابطه درست بین اطلاعات و آنتروپی پی برد.
قانون‌شکن. دیو ماکسول درِ میان دو قسمت جعبه که حاوی گاز است را باز و بسته می‌کند تا باعث شود مولکول‌های سردتر در یک طرف و مولکول‌های گرم‌تر در طرف دیگر جمع شوند. واضح است که این رفتار، قانون دوم ترمودینامیک را نقض می‌کند. ابزار پیشنهاد شده با تقلید از این دیو و البته با در نظر گرفتن قانون دوم ترمودینامیک، آنتروپی را از محتوای اطلاعاتی موجود در جریان بیت‌ها بوجود می‌آورد.
قانون دوم ترمودینامیک بیان می‌کند که هیچ فرایندی نمی‌تواند گرما را از یک سیستم سرد به یک سیستم گرم منتقل کند- و در نتیجه موجب کاهش آنتروپی شود- مگر اینکه آنتروپی در جایی دیگر افزایش یابد. فیزیکدان معروف، جیمز کلارک ماکسول، بر این باور بود که موجود هوشمند کوچکی، با کنترل یک دریچه در قسمت درونی جعبه‌ای که با گاز پر شده، این کار را انجام می دهد. این دیو می‌تواند به مولکول‌های "گرم‌تر" که سرعت بیشتری دارند اجازه دهد تا از دریچه عبور کنند و مولکول‌های "خنک‌تر" را در سمت دیگر نگه دارد، و به این ترتیب باعث ایجاد اختلاف دما در دو طرف جعبه شود.
اما امروزه بسیاری از محققان معتقدند که چون آنتروپی نهفته‌ای در اطلاعات وجود دارد، دیو تخیلی، آنتروپی لازم برای جبران کاهش آنتروپی گاز را فراهم می آورد. این موضوع قبلا توسط رولف لاندائو در سال 1961 مطرح شده بود. به گفته کریستوفر جارزینسکی (Christopher Jarzynski) از دانشگاه مریلند، اگر کسی بتواند چنین ابزاری را بسازد، می تواند نظریه لاندائو را تست کند و همچنین می تواند بیازمانید که چگونه محاسبات، به ایده‌های کلاسیکیِ ترمودینامیک ارتباط دارد.
سال گذشته، جارزینسکی و دانشجوی‌اش دیبیندو ماندال (Dibyendu Mandal) "مدل بهینه" دیو مانندی را مطرح کردند. این وسیله می تواند انرژی یک حمام گرم را به کار مکانیکی تبدیل کند، مانند بالا بردن یک وزنه، هر چند این فرایند آنتروپی را کاهش می دهد. برای جبران کاهش آنتروپی، عملکردهای این وسیله با ذخیره کردن بیت‌ها در یک حافظه ارتباط دارد، در واقع از آنتروپی اطلاعات استفاده می‌شود تا کار خروجی حاصل شود.
مندل و جارزینسکی با کمک همکارشان هایتائو کوآن (Haitao Quan) در دانشگاه پکینگ، مدل خود را برای پیاده‌سازی عملکرد دیو کلاسیکی ماکسول بازبینی کردند. دیوِ جدید، دو حالت انرژی دارد که با تبادل انرژی بین منبع سرد و گرم می‌تواند بین این دو حالت گذر کند. همانند مدل قبلی، دیو با به کارگیری قوانینی که گذارهای بین این دو حالت را برای ذخیره بیت‌ها در حافظه جفت می‌کند، حکمرانی می‌کند. این مدل ساده‌تر، به محققان این امکان را می‌دهد تا رژیم‌های مختلف رفتاری را برای پارامترهای مختلف طراحی کنند، و نشان دهند که این وسیله می‌تواند هم مانند یخچال و هم مانند یک پاک‌کننده اطلاعات عمل کند.
مانند قبل، حافظه، "نوار" ضبط بی‌نهایتی است که داده‌های دیجیتال بر روی آن قرار گرفته‌اند، و هر بیت با دیو در یک مدت زمان مشخص، قبل از اینکه نوار از روی آن بیت بگذرد، تعامل برقرار می‌کند. در مدت زمان این تعامل، دیو بین دو حالت انرژی، براساس دماهای منبع و ارزش بیت و نیز بر طبق مجموعه‌ای از قوانین، گذار می‌کند. این قوانین بیان می‌کند که اگر بیت حاصل شده برابر با 0 باشد، انرژی تنها می‌تواند از منبع سرد جذب شود، و اگر بیت 1 باشد، بیت در منبع سرد آزاد می‌شود. و زمانی که انرژی با منبع سرد تبادل می‌شود، دیو بیت را به عقب بر می‌گرداند، که جریان بیت خروجی را تحت تاثیر قرار می‌دهد.تبادل انرژی با منبع گرم نسبت به مقدار بیت‌ها بی‌تاثیر است. از این رو هر 0 شانسی است برای انرژی تا از منبع سرد به سمت دیو برود و به منبع گرم برسد. اگر چه بیت‌های حاصل شده نباید از نظر آماری به هم بستگی داشته باشند، اما نیازی نیست که صفر و یک‌ها با احتمال برابر ظاهر شوند. این تیم تحقیقاتی نشان داده که اگر به تعداد کافی صفر وجود داشته باشد، و همچنین اختلاف دمای منبع زیاد نباشد، دیو در نقش یک یخچال خواهد بود (انرژی را از مکان سرد به مکان گرم منتقل می‌کند). از سوی دیگر، اگر بیت‌های حاصل شده، شامل یک‌های کافی باشند، یا اگر اختلاف دما بسیار زیاد باشد، دیو در جهت عکس عمل می‌کند- اطلاعات را از روی نوار پاک می‌کند و آنتروپی را کاهش می‌دهد و در عین حال به انرژی این امکان را می‌دهد تا از قسمت گرم به قسمت سرد جریان یابد.
برای ساخت چنین سیسمتی، جارزینسکی می‌گوید «ما در حال بررسی یک اختراع عجیب شبیه به ماشین‌های روب‌گلدبرگ هستیم» که شامل چرخ‌ها و پدال‌های در حال چرخش است.
فرانکو نوری (Franco Nori) از دانشگاه میشیگان نیز معتقد است رسیدن به دیو ماکسولِ واقعی «کار بسیار مهمی است». او می‌گوید: «این یک گام بسیار مهم در جهتی درست است».
منبع: Focus: Maxwell’s Refrigerator, Powered by Information
