Kvantemotorer trosser klassiske grenser – revolusjon på atomnivå

Forskere ved Universitetet i Stuttgart hevder at den klassiske grensen for hvor effektiv en varmemotor kan være, ikke holder på kvantenivå. Et matematisk bevis publisert i Science Advances viser at små kvantemotorer kan overgå Carnot-grensen når partikler er koblet sammen på bestemte måter.

Gjennombruddet bygger på kvantekorrelasjoner – forbindelser mellom partikler som ikke fanges opp av klassisk termodynamikk.

Beviset som ryster en klassiker

Professor Eric Lutz og postdoktor Milton Aguilar ved Institutt for teoretisk fysikk i Stuttgart har lagt fram et bevis som utfordrer Carnot-prinsippet, en hjørnestein fra 1824.

Studien viser at Carnot-prinsippet ikke gjelder fullt ut når partikler er fysisk koblet på kvantenivå.
Forskerne har for første gang utledet generaliserte termodynamiske lover som inkorporerer kvantekorrelasjoner.
Resultatet: Termiske maskiner på atomnivå kan hente ekstra arbeid fra korrelasjoner – og dermed overgå den tradisjonelle Carnot-grensen.

Fakta: Carnot-prinsippet

Setter en teoretisk øvre grense for hvor effektivt en varmemotor kan omdanne varme til arbeid. Formulert for store, klassiske systemer som dampturbiner og forbrenningsmotorer.

Fakta: Kvantekorrelasjoner

Spesielle forbindelser som oppstår mellom partikler på ekstremt små skalaer. Slike effekter ble ikke tatt høyde for i klassisk termodynamikk.

Hvorfor gjelder ikke den klassiske grensen?

Carnots grense er utledet for makroskopiske systemer uten kvantekorrelasjoner. I kvanteverdenen kan varme omdannes til arbeid samtidig som korrelasjoner i seg selv konverteres til arbeid. Dette ekstra bidraget bryter ikke fysikkens lover, men viser at lovene må generaliseres når kvanteeffekter tas med.

«Bittesmå motorer, ikke større enn et enkelt atom, kan bli en realitet i fremtiden,» sier professor Lutz. «Det er nå også tydelig at disse motorene kan oppnå høyere maksimal virkningsgrad enn større varmemotorer.»

Hva forskerne faktisk hevder

Et matematisk bevis i Science Advances dokumenterer at Carnot-prinsippet ikke er universelt på kvantenivå.
Generalisert termodynamikk som inkluderer kvantekorrelasjoner gir høyere teoretisk maksimal virkningsgrad for kvantemotorer.
Dette gjelder atomskala og mikroskopiske varmemaskiner, ikke klassiske motorer.

Mulige konsekvenser

En dypere forståelse av hvordan fysikkens lover virker på atomnivå kan fremskynde utviklingen av neste generasjons teknologier.

Ultrasmå kvantmotorer kan potensielt drive medisinske nanoboter.
Maskiner som manipulerer materialer atom for atom med minimal energibruk.
Mer presise maskiner på nanoskala med høy effektivitet.

Studien viser at det som ble ansett som en ubrytelig fysikklov i 200 år, har et smutthull på de aller minste skalaene.

Kilder oppgitt av forskerne: ScienceDaily, University of Stuttgart, Interesting Engineering og Science Advances.

Konklusjon

Stuttgart-forskernes arbeid peker mot en revurdering av grunnleggende prinsipper når vi går ned på kvantenivå. Dersom funnene utnyttes teknologisk, kan bittesmå motorer med høyere teoretisk virkningsgrad enn klassiske varmemotorer bli en del av fremtidens nanoteknologi. For nå står én ting klart: termodynamikken må utvides når kvantekorrelasjoner teller.

2. INNHOLD OG ANSVAR

Nyhetsblikk.no publiserer nyhetsartikler og analyser som blant annet kan være automatisk generert ved hjelp av kunstig intelligens (AI), basert på research fra et bredt utvalg av åpne og anerkjente kilder.

Selv om systemet søker å sikre høy grad av nøyaktighet og relevans, kan det forekomme feil, unøyaktigheter eller mangler. Artiklene er ikke manuelt redigert eller forhåndsgodkjent av redaktør.

Nyhetsblikk.no og On-Ramp AS tar ikke redaktøransvar etter Redaktørplakaten eller medieansvarsloven, men følger god praksis for opplysning og transparens.

Vi er åpne for korreksjoner, tilbakemeldinger og ny informasjon som kan bidra til å forbedre innholdet. Slike henvendelser kan sendes til post@on-ramp.no.

3. RETTIGHETER

Alt innhold på nyhetsblikk.no – herunder tekst, bilder, illustrasjoner, grafikk, logoer og design – tilhører On-Ramp AS, med mindre annet er uttrykkelig oppgitt.

Innholdet kan kun benyttes til privat, ikke-kommersiell bruk. Det er ikke tillatt å kopiere, publisere, distribuere eller på annen måte utnytte materiale fra nyhetsblikk.no uten skriftlig samtykke fra On-Ramp AS.

4. ANSVARSBEGRENSNING

Nyhetsblikk.no leveres "som den er", uten garantier for fullstendighet, nøyaktighet, tilgjengelighet eller egnethet for bestemte formål.

On-Ramp AS er ikke ansvarlig for tap, skade eller konsekvenser som måtte oppstå ved bruk av informasjon publisert på nettstedet, med mindre dette skyldes forsett eller grov uaktsomhet.

Lenker til eksterne nettsteder tilbys kun som referanse. On-Ramp AS har ikke ansvar for innhold eller praksis på slike eksterne sider.