Nový motor dosahuje nemožného a překonává fyzikální limity: 100% účinnost
Skupina vědců tvrdí, že vyvinula motor, který narušuje více než dvě století trvající chápání zákonů termodynamiky, které ovládaly fyziku od dob Isaaca Newtona . Nazývají jej „Karnoův herní motor“, což se doslovně překládá jako „ Karnoův stroj založený na náhodě“ . Podle hlavního autora studie, zveřejněné v prestižním vědeckém časopise Physical Review Letters, dosahuje motor 100% účinnosti bez porušení druhého zákona termodynamiky díky fyzikálním procesům na mikroskopické úrovni.
Podle Roldana byl termín „hazardní hra“ zvolen proto, že připomíná hru blackjack: rozhodnutí se přijímají v reálném čase, v závislosti na náhodě a stavu systému, s cílem maximalizovat zisk. „Motor využívá náhodu, stejně jako v karetní hře, ale vždy se řídí přísnými kritérii a zpětnou vazbou v reálném čase,“ vysvětluje Roldan pro Phys.org z Mezinárodního centra teoretické fyziky Abdus Salam.
Přirozené tepelné výkyvy
Klíčem k tomuto průlomu je skutečnost, že motor nepoužívá páru ani velké písty, ale nejmenší plastové částice suspendované ve vodě, které jsou zachycovány a pohybovány laserovými paprsky. Na rozdíl od běžných motorů využívá Carnův motor „Carnova hra“ přirozené tepelné fluktuace, které způsobují chaotický pohyb mikroskopických částic. Systém nepřetržitě sleduje polohu částice a při nastání požadované události – když částice projde středem laserové pasti před uplynutím určitého času – cyklus automaticky přejde do další fáze, což umožňuje vykonávat práci bez dodatečných nákladů na energii.
Toto využití náhodnosti je inspirováno Maxwellovým paradoxem, který předpokládá použití „démona“ nebo externího kontrolora. Motor může vybrat optimální okamžik pro zásah, podobně jako hráč blackjacku vybírá, kdy se zastavit nebo vzít kartu, aby zvýšil svou výhru s každým rozdáním. Výsledkem je, že při velmi pomalých cyklech a dostatečné kontrole nad systémem motor přemění veškerou absorbovanou tepelnou energii na užitečnou práci a dosáhne teoretické účinnosti 100 %.
Složitost však spočívá v tom, jak se měří účinnost. Roldan a jeho tým vysvětlují, že jejich systém podléhá zákonům klasické fyziky a že slavná Carnotova mez může být překročena pouze při zohlednění čistě tepelného procesu, bez zohlednění nákladů na zpracování potřebných informací. „Pokud do výpočtů přidáme náklady na vymazání nebo zpracování všech shromážděných informací, celková účinnost bude opět odpovídat klasickým limitům,“ říká výzkumník.
Mikroskopický měřítko
Z praktického hlediska je tato technologie zatím omezena mikroskopickými aplikacemi, jako je vytváření nanostrojů nebo miniaturních motorů v laboratořích a medicíně. Ale skutečnost, že experimenty a modelování byly prováděny s realistickými parametry, naznačuje, že brzy uvidíme funkční prototypy. Autoři vysvětlují, že nejdůležitějším úkolem bude vývoj detekčních a řídicích systémů s frekvencí více než 100 000 měření za sekundu pro realizaci optimální strategie.
Pokud se tento model potvrdí v laboratorních podmínkách, možnost vytvoření motorů nebo generátorů, které efektivněji využívají mikroskopický nepořádek, může způsobit revoluci v efektivitě nanodevic, od biomedicínských systémů po inteligentní senzory. „Naše nápady jsou pouze potvrzením koncepce. Ukazují však na novou generaci efektivních nanostrojů , které posouvají klasické hranice a inspirují k realizaci realistických projektů tam, kde to dříve bylo nemožné,“ uzavírá Roldan.
