Mokslininkai iš Londono Karališkojo koledžo sukūrė mažiausią variklį, kokį žmogus yra kada nors pagaminęs. Jis sudarytas iš vienos mikroskopinės dalelės, kuri laikoma vakuume ir valdoma elektriniais laukais.
Eksperimento metu ši dalelė įkaista iki dešimties milijonų laipsnių Celsijaus, o tai daugiau nei Saulės paviršiuje. Nepaisant tokios neįtikėtinos temperatūros, svarbiausias pasiekimas čia yra tai, kaip šis variklis elgiasi su energija.
Variklio veikimas pagrįstas vadinamąja „Paulo“ gaudykle, kuri elektromagnetiniais laukais sulaiko įkrautą dalelę ore. Ji laikoma beveik tobuloje vakuumo aplinkoje, visiškai atskirta nuo išorinių poveikių. Energija tiekiama per specialiai generuojamą atsitiktinį elektrinį signalą, kuris sukelia stiprius virpesius ir staigų įkaitimą.
Kiekvienas įjungimas sukelia vis kitokį dalelės elgesį. Kartais, nepaisant energijos tiekimo, temperatūra net sumažėja. Tai prieštarauja tradiciniams termodinamikos dėsniams, kuriuos žinome iš fizikos vadovėlių, tačiau mikropasaulyje tokie reiškiniai normalūs. Vienos dalelės elgsena yra visiškai nenuspėjama, ją valdo chaosas ir atsitiktinumas.
Stochastinė termodinamika ir nauji dėsniai
Šie eksperimentai priklauso fizikos sričiai, vadinamai stochastine termodinamika. Ji nagrinėja, kaip šiluma ir darbas sklinda sistemose, sudarytose iš pavienių dalelių. Klasikiniai dėsniai, taikomi garo ar automobilio varikliams, čia vis dar galioja, tačiau tik kai nagrinėjame visą rezultatų statistiką.
Vienos dalelės masteliu energija gali elgtis visiškai neintuityviai. Didelė temperatūra nebūtinai reiškia daugiau darbo, o didesnis energijos įnašas gali net sukelti trumpalaikį atvėsimą. Tokie procesai yra leistini, nes čia vyrauja atsitiktinumas, o ne tvarka. Mokslininkai pabrėžia, kad šie stebėjimai gali pakeisti požiūrį į energijos valdymą ir padėti kurti naujus technologinius sprendimus.
Tokios žinios turi milžinišką reikšmę, nes atveria kelią naujam požiūriui į energijos struktūras, kurios iki šiol buvo laikomos nepakitusiomis. Tai gali paskatinti kurti naujos kartos sistemas, veikiančias mikroskopiniu lygmeniu.
Ryšys su biologija ir ateities atradimai
Nors vienos dalelės eksperimentas atrodo atitrūkęs nuo realybės, būtent tokioje skalėje veikia gyvybė. Ląstelėse funkcionuoja molekulinės mašinos, kurios susiduria su energijos svyravimais ir netvarka. Pavyzdys yra baltymai, tai aminorūgščių grandinės, kurios turi susisukti į tikslius trimatės formos darinius. Jei šis procesas sutrinka, gali atsirasti ligos, tokios kaip Alzheimeris ar Parkinsonas.
Mikroskopinis stochastinis variklis gali padėti mokslininkams suprasti šiuos procesus giliau. Jis gali veikti kaip fizinis modelis, leidžiantis stebėti, kaip energija keičia struktūras molekulinėje aplinkoje. Tokie tyrimai gali padėti atrasti būdus užkirsti kelią baltymų deformacijoms dar prieš ligų pradžią.
Šie mažyčiai varikliai gali tapti naujos eros pradžia. Kaip garo varikliai padėjo suformuoti modernią fiziką, taip mikroskopiniai įrenginiai dabar plečia mūsų supratimą apie pasaulį, kuriame net chaosas gali būti tvarkos forma.
