Физики из Университета Штутгарта представили исследование, которое ставит под вопрос одно из самых устойчивых положений термодинамики. Они утверждают, что на атомном уровне классический принцип Карно, сформулированный еще в 1824 году, перестает действовать в привычной форме.
По принципу Карно, если два двигателя работают между одинаковыми горячим и холодным источниками тепла, то их КПД не может превысить эффективность идеальной, обратимой установки, функционирующей при тех же условиях. Много лет этот постулат описывал работу любых тепловых устройств и даже стал основой второго закона термодинамики. Однако новые расчеты показывают, что этот предел неприемлем, когда речь идет о микроскопических объектах.
По словам ученых, их коллега Карно в свое время исходил из крупномасштабных систем, в которых движение частиц усредняется и взаимное влияние можно не учитывать. А в мире атомов так поступать точно не стоит. Частицы могут быть связаны квантовой корреляцией, особым состоянием, при котором поведение одной напрямую зависит от другой, даже если они разделены расстоянием. Именно эти невидимые связи и меняют саму физику энергообмена и, по сути, открывают дополнительные возможности термодинамики.
Исследователи уже разработали математическую модель для оценки эффективности квантовых машин, которые способны извлекать энергию не только из тепла, но и из корреляций между частицами. Их труд показывает, что миниатюрные системы — вроде искусственных молекул или наномеханизмов — способны работать эффективнее, чем любые традиционные установки.
Такие наномашины можно применять в различных областях. Например, в промышленности, где требуется воздействовать на материалы на атомарном уровне. А в медицине для управления микроскопическими роботами в кровеносной системе.
Физики подчеркивают, что речь идет не об отмене второго закона термодинамики, а о его расширении. Теперь у него есть квантовое дополнение.
