To, čo si sa učil v škole o fyzike, už nemusí platiť. Vedci objavili nový zdroj energie, ktorý mení druhý zákon termodynamiky v kvantovom svete
Vedci z Univerzity v Stuttgarte prelomili hranice klasickej fyziky. Zistili, že druhý zákon termodynamiky neplatí úplne v kvantovom svete, mikroskopické motory dokážu premieňať energiu aj z prepojenia častíc a prekročiť tak limity účinnosti, ktoré platia pre bežné stroje.
Najnovší výskum fyzikov z Univerzity v Stuttgarte spochybňuje niečo, čo sme považovali za neotrasiteľné. Druhý zákon termodynamiky, ktorý už dvesto rokov určuje, ako účinne dokážu stroje premieňať teplo na prácu, neplatí úplne rovnako v mikrosvete atómov a kvantových častíc.
Tím vedený profesorom Ericom Lutzom a doktorom Miltonom Aguilarom dokázal, že keď sa dostaneme na úroveň jednotlivých atómov, objavujú sa nové javy, ktoré môžu motorom umožniť pracovať efektívnejšie, než povoľujú klasické fyzikálne pravidlá. Ich teoretická štúdia, publikovaná v prestížnom časopise Science Advances, naznačuje, že energia sa dá získavať nielen z teplotného rozdielu, ale aj z niečoho, čo klasická fyzika vôbec nepozná, z kvantových korelácií.
Prečo je to také prelomové
Aby sme pochopili, čo vedci objavili, musíme sa vrátiť k roku 1824. Vtedy francúzsky fyzik Sadi Carnot opísal princíp, ktorý určuje hornú hranicu účinnosti každého tepelného stroja, od parných turbín až po spaľovacie motory. Tento Carnotov limit hovorí, že výkon závisí len od rozdielu medzi teplotou horúceho a studeného zdroja.
Jednoducho povedané, čím väčší rozdiel teplôt, tým účinnejší stroj. No táto hranica bola vždy považovaná za neprekročiteľnú.
Lenže to platí pre veľké, makroskopické objekty. Na úrovni atómov je všetko inak. Lutzov tím zistil, že kvantové motory, teda stroje veľké ako jediný atóm, dokážu využiť ešte jeden zdroj energie navyše, prepojenie medzi časticami, ktoré vzniká vďaka kvantovým zákonom.
Neprehliadni
Keď teplo nie je jediný zdroj energie
V kvantovej fyzike môžu byť dve častice „prepojené“ tak, že stav jednej okamžite ovplyvňuje druhú, aj keď sú od seba vzdialené. Tento jav sa nazýva kvantová korelácia.
Vedci zo Stuttgartu ukázali, že mikroskopické motory môžu tieto korelácie využívať ako zdroj energie, premieňať ich na prácu rovnako ako teplo. Vďaka tomu sa môžu dostať nad hranicu účinnosti, ktorú určuje klasická termodynamika.
Profesor Lutz zdôrazňuje, že nejde o popretie druhého zákona, ale o jeho rozšírenie. Zákony fyziky zostávajú v platnosti, len ich treba doplniť o nové faktory, ktoré sa prejavujú na úrovni kvantového sveta.
Čo by to mohlo znamenať v praxi
Aj keď ide zatiaľ o teoretický výskum, dôsledky môžu byť obrovské. Lepšie pochopenie toho, ako funguje energia v mikrosvete, by mohlo viesť k vývoju extrémne úsporných kvantových motorov.
Predstav si mikrostroj, ktorý dokáže presne ovládať pohyb na úrovni jednotlivých molekúl. Takéto zariadenia by v budúcnosti mohli poháňať medicínske nanoboty, ktoré by sa pohybovali ľudským telom, opravovali poškodené bunky alebo cielene dopravovali liečivá. Rovnako by mohli zefektívniť výrobu materiálov na atómovej úrovni, či dokonca zvýšiť výkon kvantových batérií a počítačov.
Nový pohľad na staré zákony
Stuttgartský výskum nám pripomína, že fyzika je stále živá veda. To, čo sa zdalo byť nemenné, sa v mikrosvete zrazu správa inak. Ak klasická termodynamika hovorí, čo sa urobiť nedá, kvantová termodynamika naznačuje, že možno predsa len dá, len musíme zmeniť pohľad na to, čo považujeme za energiu a prácu.
Tento objav tak otvára novú kapitolu v chápaní prírody. Zákony síce neprestávajú platiť, ale vo svete častíc majú vlastné, prekvapivé pravidlá.
