액체의 ‘기억’ 이용해 미세 입자에서 더 많은 일 추출…이중 측정 실험

독일 콘스탄츠대와 막스플랑크 역학·자기조직화 연구소 연구진이 액체 속 미세 입자의 위치를 두 차례 측정해 주변에 남은 운동 정보를 활용하는 실험 결과를 16일 학술지 《네이처 피직스》에 발표했다. 관찰되는 입자의 상태만 고려할 때보다 더 많은 일을 끌어낼 수 있음을 보였다는 설명이다.

연구진은 지름 2.7마이크로미터의 실리카 입자를 복잡한 미셀 용액에 넣고 레이저로 붙잡았다. 입자가 움직이면 주변 액체의 미세한 그물 구조도 변형된다. 이 구조가 천천히 원래 상태로 돌아가면서 입자의 다음 움직임에 영향을 준다. 연구진은 이런 효과를 환경에 남은 ‘기억’으로 다뤘다.

한 번의 위치보다 움직임의 이력

실험에서는 입자의 위치를 일정한 간격으로 두 번 기록했다. 두 측정값을 함께 보면 눈에 보이지 않는 액체 내부의 상태를 간접적으로 가늠할 수 있다. 연구진은 측정 결과에 따라 레이저 포획 위치를 움직여 추출되는 일을 비교했다.

논문에 따르면 특정 측정 결과에서는 주변 액체의 기억을 고려하지 않는 기준보다 추출한 일이 컸다. 측정 간격을 조절했을 때 차이도 달라졌다. 이는 주변 환경에 저장된 자유에너지가 입자의 움직임을 거쳐 일로 전환될 수 있다는 실험적 근거다. 측정만으로 에너지가 새로 만들어졌다는 뜻은 아니다.

전력 생산 기술과는 거리

이번 결과는 실리카 입자 하나와 특정 점탄성 용액, 광학 포획 장치를 이용한 실험이다. 연구진이 검증한 것은 측정과 피드백에 따른 미시적 일의 추출이며, 연속 운전하는 발전기의 전력 생산이나 실용 효율은 보여주지 않았다. 논문도 두 번의 이진 측정과 포획 위치의 이동으로 실험 범위를 한정했다.

정보를 이용해 입자의 움직임을 제어하는 연구는 앞서 이어졌다. 2025년 《네이처 커뮤니케이션스》에 실린 별도 연구는 광학 포획 입자를 이용해 정보 소거 과정의 에너지 손실을 측정했다. 두 연구의 실험 목적은 다르다. 이번 논문의 새 관찰은 측정 대상 바깥의 액체가 지닌 시간적 기억까지 일 추출에 활용했다는 데 있다.

원문: https://www.nature.com/articles/s41567-026-03442-w 기관 발표: https://www.physik.uni-konstanz.de/en/department/news/news-details/maxwells-demon-learns-to-exploit-hidden-information/ 독립 배경 연구: https://www.nature.com/articles/s41467-025-66519-9 대표 이미지: AI 생성 이미지 / 데이마크