「情報をエネルギーに変換する技術」とは

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流行りモノから新技術まで! 5分でわかる最新キーワード解説

「情報をエネルギーに変換する技術」とは

2011/02/16


 日々進歩するIT技術は、ともすると取り残されてしまいそうな勢いで進化の速度を高めています。そこでキーマンズネット編集部がお届けするのが「5分でわかる最新キーワード解説」。このコーナーを読めば、最新IT事情がスラスラ読み解けるようになることうけあい。忙しいアナタもサラっと読めてタメになる、そんなコーナーを目指します。
 今回のテーマ「情報をエネルギーに変換する技術」は、物理学において「マクスウェルの悪魔」として知られてきた不思議な現象を、世界で初めて実現したもの。ナノマシンや生体における分子レベルでの運動を設計、解析する上での一大イノベーションとして全世界から注目を集めています!

情報をエネルギーに変換

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情報をエネルギーに変換する技術とは?

 中央大学と東京大学は、2010年11月14日、世界で初めて情報をエネルギーに変換する実験に成功した。この実験は、電磁気学、熱力学、統計力学の構築に大きな役割を果たした19世紀最高の物理学者のひとり、ジェームズ・マクスウェルが提唱した物理学上の一種のパラドックス(論理的に矛盾した命題)の1つ、「マクスウェルの悪魔」という現象を実現するものである。かつては物理学の思考実験に過ぎなかった「マクスウェルの悪魔」の実現は、微細加工技術とサブミクロンスケールのリアルタイム制御システムを組み合わせることで成功したものである。

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永久機関と「マクスウェルの悪魔」

 「マクスウェルの悪魔」とは、図1のように2つの部屋の間の扉を開閉し、速度の速い(温度の高い)空気分子を右に、速度の遅い(温度の低い)空気分子を左に、と選別を行うことで、左右の部屋に温度差をつくりだす存在である。
 扉はきわめて軽く動き、開閉にエネルギーが必要ない場合、外からエネルギーをもらうことなく、左右の部屋に温度差を生み出すことができることになる。温度差が生み出されれば、ちょうど車のエンジンが燃焼による熱によって、大気圧を上回る圧力を得て、ピストンを押し、回転力に変換しているのと同じ理屈で、ピストン(右の図で例えれば中央の仕切りに該当)などの仕組みで、動力(物理学の言葉で、仕事や自由エネルギー)を取り出すことができる。
 この現象は熱力学第二法則を破って、永久機関の一種を実現するように見えるため、物理学上のパラドックスの1つとして多くの議論を呼んできた。

図1 マクスウェルの悪魔、概念図
図1 マクスウェルの悪魔、概念図
悪魔が扉を開閉して、左右の部屋の温度をコントロールする
資料提供:中央大学理工学部

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