Німецькі науковці зробили відкриття, яке може змінити один з основних законів фізики. Вони показали, що принцип Карно — ключовий закон термодинаміки, сформульований ще 200 років тому, — не працює для об'єктів на атомному рівні.
Це відкриття зробили професор фізики Ерік Лутц та дослідник Мілтон Агіллар з Університету Штутгарта. Їхня робота показує, що квантові системи можуть бути ефективнішими, ніж це передбачає принцип Карно.
Французький фізик Нікола Леонар Саді Карно сформулював цей закон у 1824 році. Він описує, якою може бути максимальна ефективність теплових двигунів — машин, які перетворюють тепло на роботу. За цим принципом, жоден двигун не може бути ефективнішим за ідеальний, якщо він працює між двома джерелами тепла з однаковою різницею температур.
Цей закон був справедливим для великих об'єктів — наприклад, парових турбін. Але він не враховував явища, які з’являються на квантовому рівні — тобто коли йдеться про атоми чи молекули.
Читайте також:
Квантове диво. Ученим уперше вдалося телепортувати енергію — пояснюємо, як це працює Дослідники з’ясували,
що на надзвичайно малих масштабах з’являються так звані квантові кореляції — особливі взаємозв'язки між частинками. Вони змінюють поведінку системи й дають змогу отримувати більше енергії, ніж допускав Карно.
«Ми вперше вивели узагальнені закони термодинаміки, які повністю враховують ці зв’язки», — заявили вчені.
Інакше кажучи, квантові двигуни можуть не лише використовувати тепло, а й перетворювати ці зв’язки на додаткову енергію. Це дає змогу перевищувати обмеження ефективності, встановлені ще в XIX столітті.
Читайте також:
За допомогою сурми та кота Шредінгера. Учені знайшли спосіб зробити квантові комп’ютери точнішими За словами Лутца, у майбутньому «двигуни розміром з один атом можуть стати реальністю». Вони зможуть працювати ефективніше, ніж великі теплові двигуни.
Такі відкриття можуть відкрити шлях до нових нанотехнологій — наприклад, ультраефективних квантових моторів. У перспективі вони можуть рухати медичних нанороботів або точно керувати процесами на рівні окремих атомів.
«Можливо, одного дня саме такі двигуни керуватимуть машинами, що працюють усередині клітин або обробляють матеріали на атомному рівні», — зазначили дослідники.
Читайте також:
Вперед у майбутнє. Дослідники Google придумали, як навчити квантові комп’ютери уникати помилок
