Nevjerojatni motor manji od vlasi kose radi na temperaturama višim od Sunca! Znanstvenici otkrivaju tajne fizike i biologije kroz ovaj mikroskopski eksperiment
NEVJEROJATNO
VAU! Napravili mikroskopski motor koji je topliji od Sunca
Čitanje članka:
2
min
Znanstvenici s King's College London stvorili su sićušni motor, veličine jedne čestice, koji radi na temperaturama višim od onih u samoj jezgri Sunca. Ovaj revolucionarni eksperiment ne služi za pogon minijaturnih strojeva, već otvara prozor u najdublje ekstreme termodinamike, nudeći zapanjujuće uvide u temeljne zakone fizike i, neočekivano, u složene mikroskopske procese koji se odvijaju unutar naših tijela, piše Science Alert.
Kako radi motor veličine čestice?
U srcu ovog eksperimenta nalazi se sferna čestica silicijevog dioksida promjera svega 4,82 mikrometra, što je djelić širine ljudske vlasi. Znanstvenici su tu česticu levitirali unutar vakuuma koristeći posebnu električnu zamku poznatu kao "Paulova zamka".
Unutar zamke, čestica može lagano titrati, ali ne može pobjeći.
Ovaj sustav funkcionira kao mikroskopska verzija Stirlingovog motora, koji pretvara toplinsku energiju u mehanički rad kroz cikličko zagrijavanje i hlađenje radnog fluida. Ovdje, međutim, nema klasičnog zagrijavanja. Umjesto toga, tim primjenjuje "električni šum" na elektrode koje drže česticu.
Taj šum uzrokuje da čestica titra na način koji precizno oponaša kretanje pod utjecajem ekstremne topline. Na taj način postižu se "efektivne" temperature koje dosežu i do 13 milijuna Kelvina – znatno više od 5.800 K na površini Sunca i blizu 15 milijuna K u njegovoj jezgri.
Ciklus motora odvija se u četiri faze:
1. **Zagrijavanje:** Primjenjuje se električni šum kako bi se čestica "zagrijala".
2. **Ekspanzija:** Električna zamka se podešava kako bi se čestici omogućilo više prostora za titranje.
3. **Hlađenje:** Šum se isključuje, dopuštajući čestici da se "ohladi".
4. **Kontrakcija:** Zamka se ponovno podešava kako bi se smanjio prostor za titranje.
Ovaj pristup omogućuje znanstvenicima stvaranje temperaturnog kontrasta koji bi bio neostvariv u stvarnom motoru, otvarajući put za istraživanje termodinamike u uvjetima daleko izvan onoga što je moguće na makroskopskoj skali.
Prividno kršenje zakona fizike
Tijekom eksperimenata, koji su se ponavljali između 700 i 1400 puta po ciklusu, znanstvenici su uočili ponašanja koja na prvi pogled prkose intuiciji i osnovnim zakonima termodinamike. Zabilježene su goleme fluktuacije u izmjeni topline, kao i kratki trenuci u kojima se činilo da motor proizvodi više rada nego što je utrošio topline, postižući prividnu učinkovitost veću od 100 posto.
U nekim ciklusima, sustav bi se čak hladio umjesto zagrijavao.
"Ponekad mislite da ulažete pravu energiju i mehanizme za pokretanje toplinskog motora, a na kraju pokrećete hladnjak", objašnjava Molly Message, vodeća autorica studije.
Ovi fenomeni, međutim, ne ruše Drugi zakon termodinamike. Taj zakon vrijedi za prosječne vrijednosti na velikoj skali. Na mikroskopskoj razini, gdje nasumični utjecaji poput sudara s jednom preostalom molekulom zraka mogu drastično promijeniti dinamiku, dopuštene su ogromne, kratkotrajne fluktuacije. Kada se sve vrijednosti usrednje, sustav se ponaša prema očekivanjima.
Neočekivana veza s biologijom i medicinom
Najzanimljiviji dio otkrića leži u načinu na koji se čestica kreće. Njezino titranje nije bilo potpuno nasumično, kao što bi se očekivalo kod normalne difuzije. Umjesto toga, kretanje je ovisilo o njezinom položaju unutar zamke. Ova pojava, poznata kao "difuzija ovisna o položaju", ključna je za razumijevanje procesa u biološkim sustavima.
"Proteini su motori koji pokreću većinu važnih procesa u našem tijelu, pa je razumijevanje njihove mehanike ključan korak u razumijevanju bolesti i načina njihovog liječenja", ističe dr. Jonathan Pritchett, jedan od istraživača.
Tim se nada da bi se njihov sustav mogao koristiti kao "analogno računalo" za modeliranje savijanja proteina. Savijanje proteina odvija se u milisekundama, dok se atomi koji ih čine kreću u nanosekundama, što stvara ogroman izazov za digitalne simulacije.
Fizičkim modeliranjem tih procesa, znanstvenici bi mogli zaobići računalne prepreke i steći dublji uvid u bolesti poput Alzheimerove ili Parkinsonove.
Ovaj mikroskopski motor, iako nikada neće pokretati automobil, pokreće naše razumijevanje svemira – od fundamentalnih zakona fizike do sićušnih bioloških strojeva koji omogućuju život.
Njegova prava snaga leži u sposobnosti da istraži neintuitivni, fluktuirajući svijet koji postoji na najmanjim skalama.
Sve što je bitno, na dohvat ruke
Skini aplikaciju za najbolje iskustvo portala. Čitaj, komentiraj i budi uvijek u toku s najnovijim vijestima.
Odaberi temu koju želiš pratiti
Primaj sve nove vijesti o temi i budi u tijeku
