Skupina vedcov tvrdí, že vyvinula motor, ktorý porušuje viac ako dvestoročné chápanie zákonov termodynamiky, ktoré dominovali vo fyzike od čias Isaaca Newtona . Nazývajú ho „karnoovým herným motorom“, čo doslovne znamená „karnoov stroj založený na náhode“. Podľa hlavného autora štúdie, uverejnenej v prestížnom vedeckom časopise Physical Review Letters, motor dosahuje 100 % účinnosť bez porušenia druhého zákona termodynamiky vďaka fyzikálnym procesom na mikroskopickej úrovni.
Podľa Roldána bol termín „hazardná hra“ zvolený preto, lebo pripomína hru blackjack: rozhodnutia sa prijímajú v reálnom čase, v závislosti od náhody a stavu systému, s cieľom maximalizovať zisk. „Motor využíva náhodnosť, ako v kartovej hre, ale vždy sa riadi prísnymi kritériami a spätnou väzbou v reálnom čase,“ vysvetľuje Roldan z Medzinárodného centra teoretickej fyziky Abdus Salam.
Prirodzené tepelné kolísania
Kľúčom k tomuto prelomu je skutočnosť, že motor nepoužíva paru ani veľké piesty, ale najmenšie plastové častice, ktoré sú suspendované vo vode a ktoré zachytávajú a pohybujú laserové lúče. Na rozdiel od bežných motorov, motor Karna „Hra Karna“ využíva prirodzené tepelné kolísania, ktoré spôsobujú chaotický pohyb mikroskopických častíc. Systém nepretržite sleduje polohu častice a pri nastaní požadovanej udalosti – keď častica prejde stredom laserovej pasce pred uplynutím určitého času – cyklus automaticky prejde do ďalšej fázy, čo umožňuje vykonávať prácu bez dodatočných nákladov na energiu.
Toto využitie náhody je inšpirované Maxwellovým paradoxom, ktorý predpokladá použitie „démona“ alebo externého kontrolóra. Motor môže zvoliť optimálny moment na zásah, podobne ako hráč blackjacku, ktorý sa rozhoduje, kedy sa zastaviť alebo vziať kartu, aby zvýšil svoju výhru s každým rozdaním. V dôsledku toho, pri veľmi pomalých cykloch a dostatočnej kontrole nad systémom, motor premieňa všetku absorbovanú tepelnú energiu na užitočnú prácu a dosahuje teoretickú účinnosť 100 %.
Zložitosť však spočíva v tom, ako merať účinnosť. Roldan a jeho tím vysvetľujú, že ich systém podlieha zákonom klasickej fyziky a že slávna Carnová hranica môže byť prekročená len pri zohľadnení čisto tepelného procesu, bez zohľadnenia nákladov na spracovanie potrebných informácií. „Ak do výpočtov zahrnieme náklady na odstránenie alebo spracovanie všetkých zhromaždených informácií, celková účinnosť bude opäť zodpovedať klasickým limitom,“ hovorí výskumník.
Mikroskopický rozsah
Z praktického hľadiska je táto technológia zatiaľ obmedzená na mikroskopické aplikácie, ako je vytváranie nanostrojov alebo miniatúrnych motorov v laboratóriách a medicíne. Ale skutočnosť, že experimenty a modelovanie boli vykonávané s realistickými parametrami, naznačuje, že čoskoro uvidíme funkčné prototypy. Autori vysvetľujú, že najdôležitejšou úlohou bude vývoj detekčných a riadiacich systémov s frekvenciou viac ako 100 000 meraní za sekundu na realizáciu optimálnej stratégie.
Ak sa tento model potvrdí v laboratórnych podmienkach, možnosť vytvorenia motorov alebo generátorov, ktoré efektívnejšie využívajú mikroskopický neporiadok, môže revolučným spôsobom zmeniť efektívnosť nanodispozitív, od biomedicínskych systémov po inteligentné senzory. „Naše nápady sú len potvrdením koncepcie. Naznačujú však novú generáciu efektívnych nanostrojov , ktoré posúvajú klasické hranice a inšpirujú k realizácii realistických projektov tam, kde to predtým nebolo možné,“ uzatvára Roldan.
