Ученые из Королевского колледжа Лондона заявили о создании самого маленького в мире двигателя, который достигает температур, превышающих температуру ядра Солнца. Этот инновационный двигатель состоит из микроскопической частицы, удерживаемой в условиях низкого давления с помощью электрических полей в устройстве, известном как ловушка Пола. Исследователи могут экспоненциально увеличивать его нагрев, применяя к электродам, удерживающим частицу, напряжение со случайными колебаниями.
Двигатель не предназначен для приведения в движение крошечных транспортных средств. Вместо этого команда полагает, что он может пролить свет на законы термодинамики в малых масштабах. Необычным образом он также может помочь ученым в разработке инновационных методов лечения болезней, улучшив наше понимание процесса сворачивания белков.
Ловушка Пола соответствует самому базовому определению двигателя — она преобразует один вид энергии в механическую энергию. В данном случае тепло преобразуется в движение. Этот эксперимент стал первым в своем роде, позволившим достичь столь высоких температур в столь малом масштабе. Согласно заявлению ученых, они обнаружили, что их двигатель часто противоречит основным законам термодинамики. Например, иногда двигатель охлаждался, вместо того чтобы нагреваться, при воздействии более высоких температур. В статье в журнале Physical Review Letters команда объясняет, что это связано с обычно незаметными тепловыми флуктуациями, которые оказывают случайное влияние, уникальное для микроуровня.
Изучение этих вариаций может помочь лучше понять термодинамику в целом. Как пояснила аспирант факультета физики и первый автор статьи Молли Мессадж, двигатели и типы энергопереноса в них являются микрокосмом всей вселенной, и их изучение в новых режимах потенциально может расширить наше понимание фундаментальных законов физики.
Ученые также считают, что их ловушка Пола может обеспечить новый эффективный способ вычисления того, как сворачиваются белки. Понимание этого процесса, удостоенного в прошлом году Нобелевской премии по химии, позволяет разрабатывать новые методы лечения различных заболеваний. Исследователи надеются, что их устройство можно использовать в качестве аналогового компьютера для эффективного прогнозирования сворачивания и сборки белков. Этот метод позволяет избежать проблем, связанных с цифровым моделированием, поскольку ученые могут имитировать случайные силы, действующие на белки, с помощью электрических полей ловушки Пола. Как отметил доктор Джонатан Притчетт, просто наблюдая за движением микрочастицы и вычисляя ряд уравнений на основе этого, они полностью избегают проблемы несоответствия временных масштабов.
В конечном счете, исследователи полагают, что самый горячий двигатель из когда-либо созданных поможет научному сообществу лучше понять термодинамику, что может привести к созданию более совершенных реальных двигателей и углублению знаний о физиологии человека.