Цей двигун нагрівається сильніше за Сонце, але складається всього з однієї частинки: навіщо його створили

Вчені створили двигун, що складається виключно з частинок кремнію, підвішених в електричному полі, і розігріли його до температури, яку можна порівняти з температурою ядра Сонця. Хоча цей двигун не приводить у дію нічого конкретного, він призначений для перевірки наших знань про термодинаміку та деякі біологічні процеси. Дослідження опубліковано в журналі Physical Review Letters, пише Popular Mechanics.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Протягом 4,6 мільярда років жодне місце в Сонячній системі не було спекотнішим за Сонце. І все ж науковці змогли створити пристрої, які хоча б на короткий час можуть створювати температуру, порівнянну з температурою в ядрі нашої зірки. Наприклад, в експериментальних термоядерних реакторах, за допомогою яких вчені намагаються створити безмежну енергію, температура плазми сягає сотні мільйонів градусів Цельсія. Для порівняння температура в ядрі Сонця становить 15 мільйонів градусів Цельсія.

Але такі теплові машини неймовірно величезні. Тепер же вчені показали, що такі теплові машини насправді можуть бути мікроскопічними.

Автори дослідження створили тепловий двигун, що складається всього з однієї частинки кремнію, намагаючись краще зрозуміти внутрішні механізми термодинаміки, а також деякі біологічні процеси, що відбуваються в нашому організмі.

Для цього вчені використовували одну частинку кремнію діаметром всього 4,82 мікрометра, що становить приблизно 5% від розміру середньої людської волосини. Потім ця частинка кремнію левітувала при низькому тиску за допомогою системи електричних полів, відомої як пастка Пола. Потім вчені збільшили нагрів, подаючи напругу на один з електродів пастки. За допомогою цієї установки дослідники змогли підняти температуру до 10 мільйонів градусів Цельсія.

Це був перший експеримент, у якому були досягнуті температури, порівнянні з температурою в ядрі Сонця, але в мікроскопічних масштабах. Експеримент дозволив виявити деякі спочатку нелогічні дані про те, як діють закони термодинаміки в мікромасштабах.

Наприклад, під час роботи двигуна система іноді охолоджувалася, а не нагрівалася під впливом вищих температур, здебільшого через типовий випадковий вплив теплових коливань довкілля, що впливає на термодинаміку в мікромасштабах, кажуть учені.

"Двигуни і типи передачі енергії, що відбуваються в них, — це мікрокосм Всесвіту в цілому. Вивчення парового двигуна призвело до появи теорії поля термодинаміки, яка, своєю чергою, відкрила деякі фундаментальні закони фізики. Подальше вивчення двигунів у нових режимах відкриває можливості для розширення розуміння Всесвіту і процесів, що лежать в основі його розвитку", — кажуть дослідники.

За словами вчених, детальне розуміння термодинаміки може допомогти як створювати досконаліші двигуни, так і досліджувати біологічні функції, такі як згортання білків. Термодинамічна поведінка мікроскопічних систем сповнена сюрпризів. Точне розуміння мікромасштабної термодинаміки критично важливе для багатьох галузей науки.

Як уже писав Фокус, вчені зруйнували 180-річний закон фізики про взаємодію світла з речовиною. Фізики довели, що магнітна складова світла відіграє вирішальну роль в ефекті Фарадея.