Los científicos convierten la información en energía "demoníaca"

En un microexperimento que cabía completamente en un portaobjetos bajo un microscopio, los físicos convirtieron la información en energía. (Masaki Sano)

Por primera vez, los científicos han convertido la información en energía pura, verificando experimentalmente un experimento mental propuesto por primera vez hace 150 años.

La idea fue formulada originalmente por el físico James Clerk Maxwell, pero suscitó controversia porque parecía violar la segunda ley de la termodinámica. Expresada en términos experimentales, esta ley afirma que cuando se mezclan agua caliente y fría, acaban alcanzando una temperatura media de equilibrio.

Maxwell propuso que un ser hipotético (más tarde apodado el demonio de Maxwell) podría separar el agua en dos compartimentos e invertir el proceso, aislando las moléculas calientes de las frías dejando pasar sólo las más calientes a través de una trampilla entre los compartimentos.

Dado que el agua mezclada se considera más desordenada (es decir, de mayor entropía) que el agua separada, el demonio ha convertido un sistema de un estado de desorden a un estado de orden, utilizando únicamente información (el conocimiento de qué moléculas estaban calientes y frías).

Eso parecía violar la ley, que también establece que la entropía no debe disminuir en un sistema aislado. En otras palabras, el demonio no debería haber sido capaz de separar el agua caliente y la fría sin gastar energía.

Más tarde, el físico húngaro Leó Szilárd propuso que el proceso no viola las leyes de la física, porque de hecho el demonio habría tenido que gastar algo de energía para averiguar qué moléculas son calientes y frías.

Ponerlo en práctica

Aunque los científicos han seguido debatiendo la teoría, nunca antes nadie había puesto en práctica el experimento.
Recientemente, el físico Shoichi Toyabe de la Universidad Chuo de Japón y sus colegas lo hicieron.

"Hoy en día disponemos de la tecnología, incluso se pueden observar moléculas individuales y podemos controlar elementos muy pequeños con gran rapidez, por lo que, en principio, no es difícil fabricar una especie de demonio de Maxwell", afirma el coautor del estudio, Masaki Sano, de la Universidad de Tokio.

Los investigadores montaron una versión en miniatura de una escalera de caracol e hicieron que una molécula subiera por ella utilizando información.

En el montaje, la escalera estaba hecha en realidad de energía potencial y se creaba utilizando campos eléctricos. La molécula tenía algo de energía térmica -calor-, por lo que fluctuaría, moviéndose en direcciones aleatorias.

Los científicos utilizaron una cámara de alta velocidad para fotografiar la molécula. Cuando resultaba que subía por la escalera, la dejaban moverse libremente, pero cuando resultaba que bajaba por la escalera, los investigadores bloqueaban su movimiento insertando una pared virtual mediante un campo eléctrico.

"Es como si la partícula estuviera dando pasos aleatorios hacia arriba o hacia abajo, pero sólo cuando la partícula sube las escaleras, ponemos algún muro en las escaleras para evitar que la partícula se caiga", dijo Sano a LiveScience. "Esto es una especie de demonio de Maxwell".

A medida que la partícula subía por la escalera, ganaba energía porque se desplazaba a un lugar de mayor potencial, algo parecido a escalar una montaña. Sin embargo, los investigadores nunca tuvieron que empujar la partícula montaña arriba (es decir, realizar un trabajo o introducir energía), simplemente utilizaron la información sobre la dirección en la que se movía en cada momento para guiar la subida.

Aumento de energía

Los investigadores no sólo fueron capaces de mover la partícula por las escaleras, sino que también pudieron medir con precisión cuánta energía se convertía a partir de la información.

Los investigadores describen sus resultados en la edición en línea del 14 de noviembre de la revista Nature Physics.

En un ensayo adjunto en el mismo número de la revista, el físico Christian Van den Broeck, de la Universidad de Hasselt (Bélgica), que no participó en el nuevo estudio, lo calificó de "verificación directa de la conversión de información en energía".

Aunque el experimento en sí demuestra que es posible crear energía a partir de información, en la práctica, la técnica no ofrece posibilidades de resolver la crisis energética a corto plazo.

"El verdadero coste energético de este experimento de conversión de información en energía queda un tanto oculto en su enorme aparato periférico (incluida la estudiante de doctorado que maneja el experimento)", escribió Van den Broeck. "Como tal, el experimento recuerda a producir un minúsculo chorro de energía de fusión nuclear en un reactor que consume mucha más energía".