El demonio de Maxwell es una máquina propuesta por James Clerk Maxwell en 1867. La máquina hipotética usaría fluctuaciones térmicas para obtener energía, aparentemente violando el segundo principio de la termodinámica. Ahora, Investigadores de la Universidad de Barcelona han presentado la primera solución teórica y experimental de una versión continua del demonio de Maxwell en un sistema de una sola molécula. Los resultados, publicado en la revista Física de la naturaleza , tener aplicaciones en otros campos, como los sistemas biológicos y cuánticos.

"A pesar de su simplicidad y la gran cantidad de trabajo en el campo, esta nueva variante del demonio Maxwell clásico ha permanecido inexplorada hasta ahora, "señala Fèlix Ritort, profesor del Departamento de Física Fundamental de la UB. "En este estudio, introdujimos un sistema capaz de extraer grandes cantidades de trabajo arbitrariamente por ciclo a través de mediciones repetidas del estado de un sistema ".

Encontrar el momento favorable

Esperar una ocasión tan propicia para obtener beneficios es el mismo patrón de comportamiento de un especulador que espera el momento adecuado en la bolsa de valores. o un depredador esperando que se acerque una presa. "Desde el punto de vista de la termodinámica, ese cierto aspecto intuitivo al tratar de buscar el momento adecuado es lo que requiere más energía. La respuesta es si es posible obtener la misma energía del momento propicio que del invertido en el proceso de búsqueda, es decir, a través de un proceso termodinámicamente reversible, "señala Marco Ribezzi, investigador de la UB y de la Facultad de Física y Química Industrial (ESPCI Paris / CNRS).

"Nuestros experimentos demuestran que es posible encontrar el momento adecuado, y no muy común al mismo tiempo, y utilizarlo de forma reversible. Estos resultados muestran la estructura termodinámica subyacente a un problema general que puede encontrar muchas aplicaciones, por ejemplo, en el campo de la biología, "señala Ribezzi.

Según los investigadores, la nueva versión del demonio de Maxwell podría tener consecuencias en los procesos de autoorganización y selección que ocurren durante la evolución biológica. Por ejemplo, este dispositivo podría ser relevante en la regulación de redes biológicas en generación, transmisión y transducción de señales a través de las membranas celulares.

La prueba experimental se ha realizado en un sistema de pinzas ópticas, que permite la manipulación de una molécula cada vez, en este caso una molécula de ADN. Con la fuerza adecuada en esta estructura, es posible desplegarlo, pero si la fuerza es lo suficientemente pequeña, el estado desplegado se vuelve raro, para que encuentre el momento preciso que estaba buscando. Cuando la molécula está en un estado raro, tiene más energía y es posible utilizarlo. "Cuanto más raro es el episodio, más difícil para nosotros encontrarlo, pero cuanta más energía podamos obtener de él, "señala Ribezzi.

"La asombrosa complejidad de la materia viva podría verse como el resultado, en varias escalas de tiempo evolutivas, de un gran proceso de extracción de energía en entornos adecuados para almacenar grandes cantidades de información que quedan ocultas por el ruido y la aleatoriedad, "concluye Ritort, también miembro de la Bioingeniería, Centro de Investigación Biomédica en Red de Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN).