Un viejo enigma de la física, la relación entre información y energía, ha sido abordado por un equipo de investigación. Partiendo del experimento mental de James Clerk Maxwell de 1867 sobre un ser capaz de ver moléculas individuales, se planteó la posibilidad de violar la segunda ley de la termodinámica. Leo Szilard simplificó el problema en 1929 con una máquina de una sola molécula, sugiriendo que el conocimiento de la posición de la molécula funcionaba como combustible. Rolf Landauer señaló en 1961 que borrar información tiene un coste energético, y Charles Bennett demostró en 1982 que la medición en sí no tiene coste, siendo el borrado de memoria lo que salva la segunda ley.
Hoy, el campo de la termodinámica de la información confirma que la información se convierte en trabajo. Sin embargo, la mayoría de los experimentos se basan en entornos 'markovianos' (sin memoria), como el agua. Muchos materiales reales, como polímeros o geles, no son markovianos y conservan huellas de eventos pasados, conocidos como 'grados de libertad ocultos', invisibles para el observador. La pregunta era si esta memoria oculta podía ser aprovechada.
Los investigadores atraparon una bolita de sílice de 2,7 micras con un láser dentro de una disolución de tensioactivos, formando una red de micelas enredadas. Este fluido viscoelástico deforma la red al moverse la bolita, y esta tarda unos seis segundos en recomponerse. La posición de la bolita se registra con alta precisión, pero la red de micelas permanece invisible.
El experimento clave implicó dos mediciones separadas por un intervalo controlado. Una única observación no revela el estado oculto de la red. Sin embargo, al realizar una segunda medición y observar si la partícula regresa hacia el centro, se detecta la influencia de la red. Los datos sugieren que la energía proviene del entorno, modelado como un resorte que tira de la partícula.
Para confirmar que el efecto se debía a la memoria y no a la posición de la partícula, se usaron trayectorias de una sola medición como control. Las diferencias entre ambos grupos solo podían atribuirse a la 'información devuelta' por el entorno. El efecto máximo se observa con intervalos de aproximadamente un segundo, desapareciendo a tiempos mucho mayores que los seis segundos de relajación de la red.
Tras la segunda medición, se desplazó la trampa de luz, convirtiendo la energía acumulada por la partícula en trabajo útil. En el itinerario más revelador, el trabajo obtenido llegó a ser hasta tres veces superior al máximo posible si el líquido no tuviera memoria. La mayor parte de la energía residía en la red invisible, demostrando que la memoria es un recurso que debe ser localizado y utilizado en el momento adecuado.
Este hallazgo no viola la segunda ley de la termodinámica, ya que la energía libre total del sistema (partícula más red) es mayor de lo que parece al observar solo la partícula. Los autores señalan que este es un montaje controlado y que protocolos más complejos podrían extraer aún más trabajo. Ven un paso hacia motores de información microscópicos que funcionen sin diferencias de temperatura, valiosos en escalas donde mantenerlas es difícil.
El experimento demuestra que, en sistemas con memoria, el pasado sigue influyendo en las ventajas energéticas del presente. Aprender a leer esta memoria, incluso sin verla, permite obtener más trabajo sin infringir las leyes de la naturaleza.
