Самый горячий двигатель во Вселенной. Его температура выше солнечной, а размер… меньше пылинки
NewsMakerКогда одна частица работает как мотор.
Учёные из Королевского колледжа Лондона сообщили о создании самого горячего двигателя в мире — микроскопической установки, температура которой выше температуры ядра Солнца. Эксперимент не похож на традиционные моторы: в его основе — одна частица, удерживаемая в электромагнитном поле при крайне низком давлении. Конструкция под названием ловушка Пола позволяет заряжённым элементам стабильно находиться в пространстве, не касаясь стенок камеры.
Главная особенность проекта в том, что исследователи научились управлять тепловыми процессами на уровне отдельных атомов. При подаче нестабильного шумового напряжения на электроды энергия частицы растёт экспоненциально и достигает значений, превышающих солнечное ядро. В этом состоянии система превращается в термодинамический двигатель в миниатюре: тепло преобразуется в механическое движение, и микроскопический объект начинает вибрировать, выполняя физическую работу.
Однако цель эксперимента не в создании практического источника мощности. По словам авторов, установка служит инструментом для проверки фундаментальных законов физики , которые на микромасштабе проявляются иначе, чем в мире макрообъектов. Учёные заметили, что в некоторых случаях двигатель неожиданно охлаждается при росте температуры окружающей среды. Подобные аномалии объясняются квантовыми и статистическими флуктуациями — случайными изменениями, незаметными в обычных условиях, но определяющими поведение элементарных систем.
Работа показывает, что изучение таких колебаний помогает уточнить границы применимости законов термодинамики . То, что в привычных масштабах кажется предсказуемым, в микромире приобретает вероятностный характер. Ведущий автор исследования, аспирантка кафедры физики Молли Мессидж, подчёркивает, что двигатели служат моделью глобальных процессов: в XIX веке паровые машины дали начало науке о тепле и энергии, а современные микроскопические аналоги позволяют глубже понять принципы, управляющие материей и временем.
Команда предполагает, что подобные эксперименты могут быть полезны и в молекулярной биологии. Учёные рассматривают ловушку Пола как аналоговый вычислительный инструмент для изучения свёртывания белков — механизма, от которого зависит функционирование организма. Ошибки при формировании структуры белковой цепи связаны с рядом тяжёлых заболеваний, включая болезнь Альцгеймера и Паркинсона.
Белковые комплексы также можно рассматривать как природные моторы, преобразующие энергию в движение внутри клеток. Чтобы понять, как они действуют и где происходят сбои, необходимо воспроизвести этот процесс в контролируемых условиях. Цифровое моделирование затруднено: атомы перемещаются за наносекунды, тогда как формирование пространственной конфигурации занимает миллисекунды, и расчёты требуют колоссальных ресурсов. Аналоговый подход, предложенный британскими физиками, помогает обойти это ограничение — электрические поля ловушки Пола имитируют хаотические силы, влияющие на молекулы при сворачивании.
Как поясняет участник проекта доктор Джонатан Притчетт, наблюдая за движением микрочастицы и анализируя результаты через систему уравнений, можно воспроизвести поведение белков без применения цифровых симуляций. В этом случае микродвигатель становится физическим аналогом биохимического процесса и позволяет отследить, как распределяется энергия внутри живой материи.
Созданная установка даёт возможность изучать термодинамику в экстремальных режимах — там, где привычные закономерности теряют устойчивость. Исследователи считают, что полученные данные помогут усовершенствовать энергетические технологии и приблизят науку к пониманию принципов, определяющих стабильность жизни. Самый горячий двигатель, по их мнению, способен стать ключом к новой физике — от микроскопических колебаний частиц до глобальных процессов, управляющих эволюцией Вселенной.
Учёные из Королевского колледжа Лондона сообщили о создании самого горячего двигателя в мире — микроскопической установки, температура которой выше температуры ядра Солнца. Эксперимент не похож на традиционные моторы: в его основе — одна частица, удерживаемая в электромагнитном поле при крайне низком давлении. Конструкция под названием ловушка Пола позволяет заряжённым элементам стабильно находиться в пространстве, не касаясь стенок камеры.
Главная особенность проекта в том, что исследователи научились управлять тепловыми процессами на уровне отдельных атомов. При подаче нестабильного шумового напряжения на электроды энергия частицы растёт экспоненциально и достигает значений, превышающих солнечное ядро. В этом состоянии система превращается в термодинамический двигатель в миниатюре: тепло преобразуется в механическое движение, и микроскопический объект начинает вибрировать, выполняя физическую работу.
Однако цель эксперимента не в создании практического источника мощности. По словам авторов, установка служит инструментом для проверки фундаментальных законов физики , которые на микромасштабе проявляются иначе, чем в мире макрообъектов. Учёные заметили, что в некоторых случаях двигатель неожиданно охлаждается при росте температуры окружающей среды. Подобные аномалии объясняются квантовыми и статистическими флуктуациями — случайными изменениями, незаметными в обычных условиях, но определяющими поведение элементарных систем.
Работа показывает, что изучение таких колебаний помогает уточнить границы применимости законов термодинамики . То, что в привычных масштабах кажется предсказуемым, в микромире приобретает вероятностный характер. Ведущий автор исследования, аспирантка кафедры физики Молли Мессидж, подчёркивает, что двигатели служат моделью глобальных процессов: в XIX веке паровые машины дали начало науке о тепле и энергии, а современные микроскопические аналоги позволяют глубже понять принципы, управляющие материей и временем.
Команда предполагает, что подобные эксперименты могут быть полезны и в молекулярной биологии. Учёные рассматривают ловушку Пола как аналоговый вычислительный инструмент для изучения свёртывания белков — механизма, от которого зависит функционирование организма. Ошибки при формировании структуры белковой цепи связаны с рядом тяжёлых заболеваний, включая болезнь Альцгеймера и Паркинсона.
Белковые комплексы также можно рассматривать как природные моторы, преобразующие энергию в движение внутри клеток. Чтобы понять, как они действуют и где происходят сбои, необходимо воспроизвести этот процесс в контролируемых условиях. Цифровое моделирование затруднено: атомы перемещаются за наносекунды, тогда как формирование пространственной конфигурации занимает миллисекунды, и расчёты требуют колоссальных ресурсов. Аналоговый подход, предложенный британскими физиками, помогает обойти это ограничение — электрические поля ловушки Пола имитируют хаотические силы, влияющие на молекулы при сворачивании.
Как поясняет участник проекта доктор Джонатан Притчетт, наблюдая за движением микрочастицы и анализируя результаты через систему уравнений, можно воспроизвести поведение белков без применения цифровых симуляций. В этом случае микродвигатель становится физическим аналогом биохимического процесса и позволяет отследить, как распределяется энергия внутри живой материи.
Созданная установка даёт возможность изучать термодинамику в экстремальных режимах — там, где привычные закономерности теряют устойчивость. Исследователи считают, что полученные данные помогут усовершенствовать энергетические технологии и приблизят науку к пониманию принципов, определяющих стабильность жизни. Самый горячий двигатель, по их мнению, способен стать ключом к новой физике — от микроскопических колебаний частиц до глобальных процессов, управляющих эволюцией Вселенной.