Termodynamika od dawna wydawała się dziedziną zamkniętą, z prawami ustalonymi raz na zawsze. Cykl Carnota, sformułowany w 1824 roku, wyznaczał absolutną granicę wydajności silników cieplnych. Tymczasem badacze ogłosili stworzenie protokołu, który rzekomo pozwala osiągnąć pełną wydajność. Brzmi to niemal zbyt dobrze, aby mogło być prawdziwe.
Cała koncepcja opiera się na tak zwanym Hazardowym Silniku Carnota. Pomysł nawiązuje do teorii gier i wykorzystuje strategię przypominającą nieco grę w blackjacka. Zamiast kart, system analizuje pozycję mikroskopijnej cząstki i podejmuje decyzje w oparciu o jej położenie w określonych momentach.
Eksperymentalne urządzenie wykorzystuje maleńką kulkę polistyrenową zawieszoną w wodzie, utrzymywaną w miejscu przez precyzyjne wiązki laserowe. Kluczowe okazało się monitorowanie ruchów tej cząstki i natychmiastowe reagowanie, gdy przekroczyła środek pułapki. To właśnie ten mechanizm pozwala podobno na osiągnięcie zerowego kosztu pracy w końcowej fazie kompresji.
Czytaj także: Rewolucja w napędach spalinowych nadchodzi id Hyundaia. Ten silnik pracuje inaczej niż wszystkie
Matematyczne podstawy tego przedsięwzięcia sięgają teorii pierwszego przejścia i martyngałów. Naukowcy opracowali model teoretyczny, który następnie potwierdzili za pomocą symulacji numerycznych. Wyniki sugerują, że w warunkach kwazistatycznych wydajność może zbliżać się do stu procent, co oznaczałoby całkowitą konwersję pobieranego ciepła na użyteczną pracę.
Warto jednak pamiętać, że gdy uwzględni się koszt pozyskiwania i przetwarzania informacji o pozycji cząstki, okazuje się, że alternatywna definicja wydajności wciąż respektuje limit Carnota. Całkowity bilans energetyczny pozostaje w zgodzie z fundamentalnymi zasadami termodynamiki.
Dr Édgar Roldán z Międzynarodowego Centrum Fizyki Teoretycznej Abdusa Salama, kierujący badaniami, wyraża przekonanie o możliwości szybkiej realizacji tego pomysłu w warunkach laboratoryjnych. Wszystkie symulacje przeprowadzono z użyciem parametrów możliwych do osiągnięcia eksperymentalnie.
Prawdziwym wyzwaniem może się okazać szybkość detekcji i implementacji sprzężenia zwrotnego. Badania wskazują, że konieczne są częstotliwości próbkowania przekraczające 100 kiloherców – poniżej tej wartości wydajność gwałtownie spada z powodu opóźnień w wykrywaniu.
Czytaj także: Nowy cud techniki Koenigsegga. 800 KM w silniku wielkości odkurzacza
Testy laboratoryjne już częściowo potwierdziły teoretyczne założenia. Eksperymenty z pojedynczymi elektronami tunelującymi w kontrolowanych warunkach elektrostatycznych wykazały, że strategie hazardowe mogą faktycznie działać w rzeczywistych układach fizycznych.
To odkrycie, choć fascynujące, wciąż pozostaje w sferze dowodów koncepcyjnych. Rozwijająca się dziedzina stochastycznej termodynamiki może kiedyś doprowadzić do stworzenia wydajnych nanomaszyn, ale na praktyczne zastosowania przyjdzie nam jeszcze poczekać. Przełamanie dwustuletnich ograniczeń brzmi imponująco, ale na praktyczne zastosowania możemy jeszcze trochę poczekać. Jeśli jednak te doniesienia się potwierdzą, mogłyby otworzyć nowe perspektywy dla nanotechnologii i efektywnego pozyskiwania energii.