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정보로 에너지를 만드는 세계에서 가장 빠른 ‘정보엔진’이 개발됐다. 캐나다 사이먼프레이저대 연구팀은 μm(마이크로미터·1μm는 100만분의 1m) 크기의 입자를 용수철 끝에 매달고 레이저 빔을 마치 집게처럼 써서 일정 범위 내에 가두는 방법으로 속도가 빠른 정보엔진을 개발해 국제학술지 ‘미국국립과학원회보(PNAS)’ 5월 18일자에 발표했다. doi: 10.1073/pnas.2023356118

정보엔진은 150년 전 영국 물리학자 제임스 맥스웰의 도깨비 사고실험에서 출발한 개념이다. 방문을 사이에 두고 온도가 같은 두 개의 방 A와 B가 있다고 가정해보자. 여기서 초월적 존재인 도깨비가 방문을 여닫으면서 빠르게 움직이는 분자는 A방으로, 느리게 움직이는 분자는 B방으로 분리하면 두 방의 온도가 달라진다. 이는 ‘엔트로피는 감소하지 않는다’는 열역학 제 2법칙을 뛰어넘는 결과다. 이때 도깨비가 잰 분자의 위치와 속도 ‘정보’가 온도차를 만드는 ‘일’로 바뀐다고 볼 수 있다. 이것이 정보엔진이다. 실제 정보엔진은 1990년대 후반 처음 개발됐다.

사이먼프레이저대 연구팀은 레이저에 가둔 입자의 무게에 따라 스프링의 위치가 어떻게 달라지는지 또다른 레이저로 확인했다. doi: 10.1073/pnas.2023356118 입자의 무게 때문에 스프링이 내려가면 이 위치를 측정하고, 스프링이 다시 최고점으로 올라갈 때 집게 역할의 레이저를 움직여 스프링이 달린 기준점(앵커)의 위치를 레이저로 상승시켰다. 그 결과 입자의 위치에너지를 지속적으로 증가시키는 데 성공했다. 

입자의 질량이 커지면 더 많은 위치에너지를 저장하지만, 상승하는 데 오래 걸린다. 연구팀은 최대한 빠르고 많은 위치에너지를 얻을 수 있는 입자의 질량을 계산해 적용한 결과, 입자가 초속 190μm로 움직였다.