В декабре 1867 года Джеймс Клерк Максвелл в письме к коллеге впервые описал мысленный эксперимент со своим демоном - миниатюрным созданием, способным нарушить фундаментальный закон природы - Второе начало термодинамики. Демон управлял маленькой дверкой между двумя сосудами с газом. Он ее открывал, если справа к дверце подлетала быстрая молекула, и закрывал, если подлетала медленная. С молекулами, летящими из левого сосуда, демон поступал наоборот. В результате слева скапливались быстрые молекулы - газ нагревался, а справа - холодные, и газ остывал. Благодаря перепаду температур (а в равновесии температура газа в обоих сосудах должна быть одинаковой), можно запустить тепловую машину и получить вечный двигатель, разумеется, при условии, что демон потребляет достаточно мало энергии. Спустя восемь лет к демону температуры был добавлен более тупой младший брат - демон давления. Он просто пропускал все молекулы справа налево, но не пускал слева направо. Давление слева росло, и на его перепаде тоже можно запустить двигатель.
За сто сорок лет со дня рождения первого демона о нем и его брате были написаны горы ученых трудов, приведена уйма всевозможных проектов вечных двигателей и доказательств их неосуществимости. Интеллектуальные демоны стимулировали поиск связи между термодинамикой, законом возрастания энтропии, информацией и компьютерными вычислениями. Много об этой связи спорят и ныне.
А пока продолжаются споры, современные коллеги Максвелла по университету в подарок к демоническому юбилею практически реализовали молекулярный аналог демона давления. Сразу отметим, что этот демон питается светом и никак не нарушает второго начала. Авторы назвали его молекулярным информационным храповиком на том основании, что в нем "используется информация о положении частицы для управления ее перемещением от положения равновесия".
Демон изготовлен в виде сложной молекулы со структурой ротаксана. Молекула имеет форму гантели с кольцом вокруг ручки, которое может крутиться и перемещаться вдоль нее взад и вперед. Утолщения по краям не дают кольцу соскочить, а на ручке есть две крайние позиции, в которых положения кольца сравнительно устойчивы. Для реализации демона была синтезирована специальная молекула. Ее кольцо может поглощать свет с длиной волны 350 нм, а ручка посередине может изгибаться, запирая кольцо с одной из сторон. Кроме того, две половины ручки гантели по-разному реагируют на передачу энергии от поглощенного кольцом фотона. Если кольцо слева, энергии фотона хватает на то, чтобы "открыть" ручку гантели; если справа - нет. Это неравенство и создает "храповой механизм".
