Физики бросили вызов 200-летнему закону термодинамики на атомном уровне

Физики из Университета Штутгарта продемонстрировали, что фундаментальный принцип Карно, устанавливающий теоретический предел эффективности для тепловых двигателей, не полностью применим на атомном уровне. В системах, где частицы квантово-коррелированы, двигатели могут преобразовывать не только тепло в работу, но и сами квантовые корреляции, что позволяет им генерировать дополнительную работу и превышать классический предел эффективности.

Принцип Карно, сформулированный почти 200 лет назад для крупномасштабных систем, таких как паровые турбины, не учитывает эффекты квантовых корреляций — тонких связей, возникающих между частицами в предельно малых системах. Исследователи впервые вывели обобщённые законы термодинамики, которые полностью включают эти корреляции, показывая, что эффективность квантового двигателя может быть выше традиционного предела Карно.

Это открытие не только уточняет фундаментальную физику, но и открывает новые возможности для будущих технологий. Более глубокое понимание законов на атомном уровне может ускорить разработку следующего поколения ультрамалых и высокоэффективных квантовых моторов, способных выполнять точные наномасштабные задачи, такие как питание медицинских наноботов или манипулирование материалами на атомном уровне.