Французский ученый Сади Карно около двухсот лет назад определил верхний предел эффективности тепловых машин, основываясь на макроскопическом представлении о взаимодействии горячих и холодных тел. Этот принцип лег в основу второго закона термодинамики и изначально предназначался для описания крупных устройств вроде паровых турбин.
Однако согласно недавним исследованиям, классический принцип нуждается в доработке, когда речь идет о функционировании мельчайших систем на атомном уровне. Особенно значимо это утверждение становится для молекулярных механизмов, которую игнорирует традиционная термодинамика. Карно считал, что уровень продуктивности тепловой машины напрямую связан лишь с температурой среды. Чем сильнее температура различается между горячей и холодной средой, тем эффективнее машина способна превращать тепло в полезную работу. Но эта простая зависимость перестаёт действовать в условиях, когда размеры системы уменьшаются настолько, что начинают проявляться квантово-механические свойства материи.
Немецкие ученые впервые смогли построить новую теорию, включающую влияние тонких взаимодействий внутри субатомных структур. Согласно их выводам, такие небольшие двигатели способны трансформировать не только обычную тепловую энергию. Они могут использовать дополнительную энергию, заложенную в квантовых связях между отдельными элементами конструкции. Таким образом, новый вид тепловых двигателей способен превзойти определённые ранее пределы производительности, предложенные Карно.
Открытие позволяет пересмотреть подходы к проектированию современных технологий и обещает прорыв в разработке маломощных, высокопроизводительных аппаратов нового типа.
Очевидно, что пришло время, если не поменять что-то многое в теории термодинамики, то надо уточнять и пересматривать некоторые постулаты. Даже не оглядываясь на высказывания великих учёных прошлого:
«Термодинамика – единственная теория, о которой я могу уверенно заявить: «Она никогда не будет низвергнута»» (Альберт Эйнштейн)
«Если кто-то скажет, что ваша любимая теория Вселенной не согласуется с уравнениями Максвелла, — тем хуже для уравнений Максвелла. Если обнаружится, что её опровергают наблюдаемые явления, — ну что тут скажешь, эти экспериментаторы нередко запарывают свою работу. Но если ваша теория противоречит второму началу термодинамики, я не думаю, что у неё есть хоть какие-то шансы; ей остаётся лишь исчезнуть, потерпев унизительное поражение» (Артур Эддингтон)
«Доступная энергия – это главный объект, поставленный на карту в борьбе за существование и эволюцию мира» (Людвиг Больцман)
Человечеству нужны великие учёные настоящего!