В позапрошлом веке великий английский физик Джеймс Клерк Максвелл поставил всех в тупик, предложив простой мысленный эксперимент, который нарушает второе начало термодинамики. Этот фундаментальный закон природы утверждает, что тепло может передаваться только от горячего тела к холодному или что энтропия, мера беспорядка в системе, может только возрастать. Второе начало задает одно направление развития событий во времени и противоречит не менее фундаментальной обратимости законов механики. И это противоречие до сих пор не нашло объяснения.

Чем горячее газ, тем выше средняя скорость хаотического движения его молекул, но все же скорость у всех молекул разная. Максвелл придумал гипотетическое существо, названное позже Демоном Максвелла, которое открывает заслонку в перегородке в баллоне с газом, если сверху к заслонке подлетела быстрая молекула, и закрывает, если молекула летит медленно, и наоборот, если молекула подлетает к заслонке снизу. Так можно быстрые молекулы отделить от медленных, то есть нагреть газ в нижней половине баллона и охладить в верхней, а потом на этом перепаде температур запустить тепловую машину. Таким образом, Демон Максвелла реализует вечный двигатель.

С тех пор несколько поколений ученых пытались доказать, что Демона Максвелла в природе не существует и никакое устройство не сможет выполнить его незамысловатую работу. И сегодня, когда экспериментаторы научились работать с отдельными молекулами, эти попытки начинают приносить плоды.

Ранее учеными был предложен молекулярный мотор, который непосредственно преобразует броуновское движение молекул газа в механическую работу. Мотор в простейшем случае состоит из стержня, пронизывающего перегородку между емкостями с газами, к которому снизу присоединено колесо с плоскими лопатками, а сверху – с клиновидными (см. рис.). Снизу находится горячий газ, а сверху холодный. Горячие молекулы, сталкиваясь с плоскими лопатками, будут толкать колесо в разные стороны случайным образом. Но верхнему колесу с клиновидными лопатками, которые постоянно бомбардируются молекулами холодного газа, в среднем легче поворачиваться в сторону острого конца клина. И после многих соударений колесо начнет крутиться в одну сторону, попутно охлаждая горячий и нагревая холодный газ. Клиновидные лопатки и верхний газ просто играют роль храповика, который задает одно направление вращения колеса в целом. Вот молекулы нижнего газа и вынуждены крутить колесо в этом направлении, стукаясь о плоские лопатки. Броуновские моторы в разных формах уже были реализованы несколькими группами экспериментаторов. Например, в этом году броуновский мотор был сделан в Университете Уми в Швеции с помощью холодных атомов в оптической решетке.

Но тепловая машина, преобразующая разность температур в механическую работу, может работать и в обратном направлении – как тепловой насос или холодильник, если к ней приложить механическую работу. Именно это и предложили теоретики. Если колесо на рисунке принудительно крутить в направлении тупого конца клина, то оно будет охлаждать верхний газ и нагревать нижний. Как именно это происходит, на языке молекулярных столкновений совершенно не очевидно, но холодильный эффект точно предсказывают неумолимые законы термодинамики. Более того, ученые выполнили компьютерное моделирование устройства методами молекулярной динамики, и результаты расчетов точно совпали с теорией. И хотя теоретиков обычно не очень заботит практическая реализуемость их предложений, ученые продумали, как их устройство можно реализовать на молекулярном уровне с помощью мембран и хиральных биологических молекул. А в наномоторах сегодня уже нет недостатка.

Пока броуновский холодильник не слишком эффективен. Но, возможно, его иная реализация будет вполне конкурентоспособна. Ведь наноэлектронике наверняка понадобятся и кулеры соответствующих размеров.

Автор: Денис Коновальчик

Одни гадают на ромашке, другие на кофейной гуще, а вот для интернет-профессионалов излюбленным местом предсказаний является Международная конференция по World Wide Web, проходящая под эгидой консорциума по WWW (W3C). На свой очередной, 15-й по счету слет веб-футурологи собрались в конце мая в шотландском Эдинбурге .

Каждый день конференции был посвящен отдельной теме, так что по структуре она напоминала призму с квадратным сечением: первая ее грань высветила проблемы е-бизнеса, вторая – будущего веба, третья – вопросы образования и безопасности, а четвертая – здравоохранения. Среди докладчиков было немало представителей крупных компаний: так, основным спикером «бизнес-дня» стал председатель совета директоров Motorola Дэвид Браун (David Brown), соображениями по интернет-угрозам с делегатами делилась шеф службы безопасности Oracle Мэри Энн Дэвидсон (Mary An Davidson), а о своих взглядах на распространение образовательных технологий по всему свету вещал глава департамента Microsoft Technical Computing Тони Хей (Tony Hey). Впрочем, несмотря на всю «звездность» WWW2006, кульминацией стало заседание второго дня, всецело посвященного будущности веба, ключевым докладчиком на котором значился создатель Всемирной Паутины сэр Тим Бернерс-Ли (на фото).

Выступление веб-гуру прошло в мажорном тоне: по его словам, до новой реинкарнации WWW, долгожданной «Семантической Паутины» (Semantic Web), уже рукой подать. Для этого разработаны практически все нужные технологии, так что пять лет мучительного отбора из тьмы подходов-кандидатов остались позади. Несмотря на столь внушительный по сетевым меркам срок раздумий, отцы Интернета пришли к решению с солидным опережением графика: первоначально программе «удвоения веба» отводилось целое десятилетие. По-видимому, неотъемлемой частью онлайновых документов станут метаданные с описанием их содержания на новом семантическом языке RDF (Resource Description Framework), выуживать которые можно будет благодаря запросам, написанным на специально разработанном языке SPARQL (похоже, неспроста эта аббревиатура читается так же, как sparkle – «искорка»). Хотя ни тот, ни другой язык еще не получил «добро» от W3C, проблем с их утверждением быть не должно.

Пока на ниве W3C мучительно вызревает давно обещанный Web 2.0, над его первой версией нависла нешуточная угроза: ряд американских телекоммуникационных компаний стремится разбить веб надвое. По мнению «разлучников», в Сети необходимо ввести новую услугу – платную доставку информации, так что при прохождении через промежуточные серверы «платные» пакеты данных будут иметь более высокий приоритет. По словам Бернерса-Ли, такой подход категорически недопустим, ведь он противоречит святая святых веба – его открытой модели, согласно которой все данные плавают в едином океане и обрабатываются промежуточными серверами на общих основаниях. «Если веб распадется на части, всех нас ждут мрачные времена», – предостерег «отец WWW».

Нож в спину веба вонзают не только коммуникаторы-империалисты, но и миллионы неряшливых веб-мастеров. Настоящим криком души стало открытое письмо делегатов к власть имущим всех стран с требованием навести порядок на правительственных сайтах. Одним из злейших «веб-штрафников» названо правительство Великобритании: согласно выкладкам экспертов, ныне три из пяти «властных» сайтов Туманного Альбиона содержат ошибки в HTML-тексте, примерно такая же доля онлайновых британских штаб-квартир не поддерживает стандарты W3C, в результате оставаясь частично или полностью недоступными для пользователей тех или иных браузеров. Еще хуже обстоит дело с доступом к сайтам для инвалидов по зрению: самым примитивным требованиям W3C в этой области не соответствует 81% из тысячи взятых наугад правительственных ресурсов!

Похоже, нынче судьба WWW как никогда зависит от рядовых веб-трудяг, которым, в довесок к старому доброму HTML, вскоре придется овладевать и RDF. «Если мы и на сей раз все спустим на тормозах, то Web 2.0 превратится в очередное месиво данных, продираться в котором можно будет разве что при помощи Google», – считает Бернерс-Ли. Что касается самих «ищеек», то им также предлагается приступить к «внедрению решений W3C в жизнь». Разумеется, «отец веба» не так наивен, чтобы ждать горячей поддержки новых стандартов со стороны держателей ведущих поисковиков: «Что поделаешь, источник доходов для поисковика – это хаос; если вы наводите порядок, они уже не смогут делать деньги».