Znanstveniki trdijo, da ta motor doseže 100-odstotno učinkovitost z izkoriščanjem toplotnih nihanj na mikroskopski ravni, kar ni bilo nikoli prej doseženo
Skupina znanstvenikov trdi, da je razvila motor, ki prekoračuje več kot dve stoletji razumevanja zakonov termodinamike, ki od časa Isaaca Newtona veljajo v fiziki. Imenujejo ga »Gambling Carnot Engine« – kar lahko dobesedno prevedemo kot Carnotov motor naključja – in po besedah glavnega raziskovalca študije, objavljene v prestižni znanstveni reviji Physical Review Letters, doseže 100-odstotno učinkovitost, ne da bi kršil drugi zakon termodinamike, zahvaljujoč delovanju fizikalnih procesov na mikroskopski ravni.Po mnenju Roldána je izraz »gambling« (igranje na srečo) izbran zato, ker je podoben načinu, kako ljudje igrajo blackjack: odločitve se sprejemajo v realnem času, odvisno od naključja in stanja sistema, da se maksimira dobiček. „Motor uporablja naključje, kot v igri s kartami, vendar vedno upošteva stroga merila in ukrepe povratnih informacij v realnem času“, pojasnjuje Roldán iz Mednarodnega centra Abdusa Salama za teoretično fiziko v publikaciji Phys.org.
Naravne temperaturne nihanjeKljuč do tega napredka je v tem, da motor ne deluje s paro ali velikimi batni, ampak z majhnim plastičnim delcem, ki je suspendiran v vodi, ujet in premikan zlaserskimi žarki. Za razliko od klasičnih motorjev Gambling Carnot Engine izkorišča naravne toplotne nihanja, ki povzročajo naključno gibanje mikroskopskih delcev. Sistem nenehno opazuje položaj delca in ko se zgodi ustrezen dogodek – delec prečka središče laserske pasti pred iztekom časovne omejitve –, cikel samodejno preide v naslednjo fazo, kar omogoča izkoriščanje energije brez dodatnih stroškov.
To izkoriščanje naključja je navdihnjeno z Maxwellovim paradoksom, pri čemer se uporablja „demon” ali zunanji krmilnik. Stroj lahko izbere optimalni trenutek za posredovanje, tako kot igralec blackjacka izbere, kdaj se ustavi ali prosi za karto, da z vsako roko osvoji več. Rezultat je, da v mejah zelo počasnih ciklov in z zadostnim nadzorom nad sistemom motor pretvori vso absorbirano toplotno energijo v koristno delo in doseže teoretično 100-odstotno učinkovitost.
Trik je v tem, kako se meri učinkovitost. Roldán in njegova ekipa pojasnjujejo, da njihov sistem upošteva zakone klasične fizike in da je mogoče presegati znano Carnotovo mejo le, če govorimo izključno o toplotnem procesu, brez upoštevanja stroškov obdelave potrebnih informacij. »Če v izračun vključimo stroške brisanja ali obdelave vseh zbranih informacij, se skupna učinkovitost ponovno vrne v okvir klasičnih omejitev,« poudarja raziskovalec.Mikroskopska lestvicaV praktičnem smislu bi bila ta tehnologija za zdaj omejena na mikroskopske aplikacije, kot so ustvarjanje nanostrojev ali majhnih motorjev v laboratorijih in medicini. Toda dejstvo, da so bili poskusi in simulacije izvedeni z realnimi parametri, kaže, da bomo kmalu lahko videli delujoče prototipe. Glavni izziv, kot pojasnjujejo avtorji, bo razvoj sistemov za zaznavanje in nadzor pri frekvencah, višjih od 100.000 meritev na sekundo, da se lahko uporabi optimalna strategija.
Če se bo ta paradigma potrdila v laboratoriju, bi možnost pridobivanja motorjev ali generatorjev, ki bolje izkoriščajo mikroskopsko neurejenost, lahko revolucionirala učinkovitost naprav v nanoskalnem obsegu, od biomedicinskih sistemov do pametnih senzorjev. „Naše ideje so dokaz koncepta. Vendar pa kažejo na novo generacijo učinkovitih nanostrojev, ki izzivajo klasične meje in navdihujejo realistične zasnove tam, kjer se je to prej zdelo nemogoče,“ zaključuje Roldán.
