Experiments on the Thermodynamics of Information Processing

ویرایش:  
نویسندگان: Gavrilov. Momčilo  
سری: Springer Theses Recognizing Outstanding Ph.D. Research 
ISBN (شابک) : 9783319636948, 9783319636931 
ناشر:  
سال نشر: 2017 
تعداد صفحات: 159 
زبان: English 
فرمت فایل : PDF (درصورت درخواست کاربر به PDF، EPUB یا AZW3 تبدیل می شود) 
حجم فایل: 6 مگابایت 

قیمت کتاب (تومان) : 42,000



این پایان نامه نشان می دهد که چگونه تکنیک تله بازخورد، که برای به دام انداختن اجسام کوچک برای اندازه گیری بیوفیزیکی توسعه یافته است، می تواند برای مطالعه کمی خواص ترمودینامیکی سیستم های کوچک اقتباس شود. آزمایش‌های این پایان‌نامه مربوط به دیو ماکسول است، موجودی فرضی باهوش و «انگشتی تمیز» که از اطلاعات برای استخراج کار از گرما استفاده می‌کند و ظاهراً یک ماشین حرکت دائمی ایجاد می‌کند.

قانون دوم ترمودینامیک باید آن را غیرممکن کند، اما چگونه؟ این سوال برای یک قرن و نیم فیزیکدانان را با مشکل مواجه کرده و بحث هایی را برانگیخته است. آزمایش‌های این پایان‌نامه فرضیه‌ای را تأیید می‌کند که بیش از پنجاه سال پیش توسط رولف لاندوئر ارائه شده بود: اینکه شیطان ماکسول باید اطلاعات را پاک کند، و اینکه پاک کردن اطلاعات - تنظیم مجدد دستگاه اندازه‌گیری به حالت شروع استاندارد - مستلزم اتلاف انرژی به اندازه‌ای است که به دست می‌آید.

برای کار پایان نامه خود، نویسنده از یک "تله بازخورد" برای مطالعه حرکت ذرات کلوئیدی در "v

پتانسیل های مجازی" استفاده کرد که ممکن است خودسرانه دستکاری شوند. تله بازخورد یک ذره آزادانه در مایع را با اندازه گیری دوره ای آن و اعمال یک میدان الکتریکی برای بازگرداندن آن به مبدأ در مایع محدود می کند.

This thesis reveals how the feedback trap technique, developed to trap small objects for biophysical measurement, could be adapted for the quantitative study of the thermodynamic properties of small systems. The experiments in this thesis are related to Maxwell’s demon, a hypothetical intelligent, “neat fingered” being that uses information to extract work from heat, apparently creating a perpetual-motion machine.

The second law of thermodynamics should make that impossible, but how? That question has stymied physicists and provoked debate for a century and a half. The experiments in this thesis confirm a hypothesis proposed by Rolf Landauer over fifty years ago: that Maxwell’s demon would need to erase information, and that erasing information—resetting the measuring device to a standard starting state—requires dissipating as much energy as is gained.

For his thesis work, the author used a “feedback trap” to study the motion of colloidal particles in “v

irtual potentials” that may be manipulated arbitrarily. The feedback trap confines a freely diffusing particle in liquid by periodically measuring its position and applying an electric field to move it back to the origin.

Front Matter ....Pages i-xvi
 Introduction  (Momčilo Gavrilov)....Pages 1-32
 Feedback Trap  (Momčilo Gavrilov)....Pages 33-44
 Real-Time Calibration of a Feedback Trap  (Momčilo Gavrilov)....Pages 45-69
 High-Precision Test of Landauer’s Principle  (Momčilo Gavrilov)....Pages 71-82
 Erasure Without Work in an Asymmetric, Double-Well Potential  (Momčilo Gavrilov)....Pages 83-96
 Thermodynamical and Logical Irreversibility  (Momčilo Gavrilov)....Pages 97-109
 Arbitrarily Slow, Non-quasistatic, Isothermal Transformations  (Momčilo Gavrilov)....Pages 111-120
 Partial Memory Erasure: Testing Shannon’s Entropy Function   (Momčilo Gavrilov)....Pages 121-131
 Conclusion  (Momčilo Gavrilov)....Pages 133-138
Back Matter ....Pages 139-147