Výzkum termodynamiky si občas žádá hodně extrémní přístup. Doktorandka Molly Message a její tým postavili velmi exotický motor, který je podle všeho nejžhavější na světě. Jeho provozní teplota převyšuje teplotu v nitru Slunce. Není určený k tomu, aby něco reálně poháněl. Patří ale k těm technologiím, které generují syrovou vědeckou radost a hodí se k základnímu výzkumu.
V tomto případě poslouží k pochopení termodynamiky ve velmi malém měřítku. Messageová a spol. udělali tento motor z jediné nepatrné částečky křemene. Umístili ji do elektrické Paulovy pasti, kde ji ve vakuu drží elektrické pole. Poté mohli dramaticky zvyšovat její teplotu pomocí elektrického napětí.
Tento extrémní systém je vlastně motor. Je pravda, že příliš nepřipomíná motory, s nimiž máme každodenní zkušenost. Fyzici ale berou motory jednoduše jako systémy, které konvertují nějakou formu energie na mechanickou. U tohoto motoru je to teplo na pohyb.
Experiment týmu Messaegové je první svého druhu, který testuje tak vysoké teploty v tak malém měřítku. A jak se ukázalo, bylo to zábavné. Výsledky získané během experimentu často odporovaly tradičním termodynamickým zákonům. Například, stávalo se, že když spustili tenhle extrémní motor a pak ho vystavili vysokým teplotám, někdy se neohřál, jak by měl, ale naopak se ochladil.
Není to vzpoura proti termodynamickým zákonům, ale projev jinak prakticky nedetekovatelných termálních fluktuací v okolním prostředí, které se objevují ve velmi malém prostorovém měřítku.
Badatelé rovněž doufají, že jejich pekelně žhavý strojek nalezne praktické uplatnění v poměrně nečekaném směru. Rádi by ho využili jako analogový počítač, který bude předpovídat, jak se složí a uspořádají proteiny. Dává to ale do jisté míry smysl, analogové počítače jsou přímé, fyzické simulace modelovaného systému. A proteiny, to jsou vlastně molekulární motory. Bude velmi zajímavé sledovat, jak se jim to povede.
Video: Building An Ion Trap To Levitate Particles
Literatura
Levitující nanočástice dočasně porušuje 2. termodynamický zákon
Autor: Stanislav Mihulka (07.04.2014)
Fyzici si postavili fotonického Maxwellova démona
Autor: Stanislav Mihulka (13.02.2016)
Podivuhodný analogový počítač předpovídá budoucí jevy díky vlnám na vodě
Autor: Stanislav Mihulka (28.05.2023)
Schrödingerova kočka a Maxwellův démon si nejdou navzájem po krku
Autor: Stanislav Mihulka (08.02.2025)
Diskuze:
Nadpis
Radoslav Pořízek,2025-10-13 16:07:39
> Extrémní motor z jediné částice je žhavější než nitro Slunce
Termodynamicka definicia teploty je statisticka, teda teplota jedinej castice je fyzikalny nezmysel.
>... bohapustě porušuje termodynamické zákony ...
tie boli bohuzial uz ignorovane samotnou uvahou o termodynamickej teplote ma jednej castice.
Dalej som do nedocital, ak je v clanku normalne vysvetlene a nadpis a podnapis je len clickbajt, tak sa ospravedlnujem.
Re: Nadpis
Martin Novák2,2025-10-14 08:57:54
Článek to nejenom nevysvětluje ale naopak zatemňuje :-)
" Poté mohli dramaticky zvyšovat její teplotu pomocí elektrického napětí."
A zakončuje ničivým kombem:
"Rádi by ho využili jako analogový počítač, který bude předpovídat, jak se složí a uspořádají proteiny. Dává to ale do jisté míry smysl, analogové počítače jsou přímé, fyzické simulace modelovaného systému. A proteiny, to jsou vlastně molekulární motory."
Jak může být jedna točící se (točí se vůbec? spíš ne) částice simulací prostorového rozložení složité molekuly?
Re: Re: Nadpis
Vojtěch Kocián,2025-10-14 15:10:13
Tohle se dá vysvětlit tím, že nejde o elementární částici, ale "mikročástici" tedy něco složeného z nemalého počtu atomů. Jako nápověda mohlo posloužit to, že jde o "částečku křemene", ale ano autor článku (primárně české verze) z toho udělal tak trochu hru na schovávanou.
Re: Re: Re: Nadpis
D@1imi1 Hrušk@,2025-10-16 02:19:11
Ono ale není pravdivé ani základní tvrzení, že jde o motor z jedné částice (či části, chcete-li). Maximálně tak ROTOR z jedné částice. Pokud jde o "motor", ten by nebyl bez té Paulovo pasti. Jenže kdyby se férově napsalo, že vytvořili rotor z jedné části, už na tom tvrzení není vůbec nic zajímavého :)
Re: Nadpis
Pavel Kaňkovský,2025-10-14 15:14:20
Ona je to ve skutečnosti tzv. efektivní teplota. Na rozdíl od regulérní termodynamické teploty lze efektivní teplotu tak nějak smysluplně definovat i pro jednotlivé částice a v nerovnovážném systému, ale možných definic je víc a získané hodnoty se od sebe liší (nicméně bude-li se systém vyvíjet směrem k tepelné rovnováze, tak by měly všechny ty hodnoty konvergovat k finální termodynamické teplotě).
V pre-printu na arXivu se slovo "efektivní" objevuje a to i v abstraktu: "Moreover, we find that the particle experiences an effective position dependent temperature, which gives rise to dynamics that drastically deviates from that of standard Brownian motion." V je to textu také, i když ne zcela důsledně. Takže to je ještě celkem ok.
Ale ve verzi publikované ve Physical Review Letters už to v abstraktu není (text přijatý do PRL jsem nenašel, asi zatím není dostupný), a v "lidovém převyprávění" na jejich webu a následně tady už vůbec ne. A to už je zavádějící.
Re: Nadpis
Alex Alex,2025-10-15 20:45:59
Zrejme existujú formálne definície teploty aj pre jedinú časticu. Ale zaujalo ma iné. Prečo sa pri udávaní hodnoty teploty v rozsahoch, kedy sa už nemeria teplota, lebo taký teplomer neexistuje, ale vychádza sa z prepočtu energie na teplotu, jednoducho neudáva priamo táto (priemerná štatistická ) energia tej-tých častíc.
Re: Re: Nadpis
Martin Novák2,2025-10-16 10:12:05
Teplota se měřit dá, každé těleso vyzařuje elektromagnetické záření závislé na teplotě.
Když je teplota vysoká je záření v rentgenové nebo gama oblasti. To ovšem celkem jistě neměří.
"Nepatrný kousek křemene" nemůže mít tak vysokou teplotu jak píšou protože by to byl jenom oblak plazmy a ne kousek křemene. Leda tak jedno atomární jádro křemíku.
Re: Re: Re: Nadpis
Alex Alex,2025-10-16 13:57:20
Ok, je to také hrajkanie so slovíčkami, ale asi by sa malo rozlišovať
čo je to (priame) meranie, napr. meranie frekvencie, povedzme v oblasti frekvencií
merateľných elektronickými čítačmi, a čo je to určenie hodnoty nejakej veličiny,
napr. teploty prepočtom z namerania inej veličiny, napr. z frekvencie žiarenia alebo odporu vodiča.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
