Elektrik alanlarıyla zaptedilmiş bir cam boncuktan oluşan küçük bir motor, güneşten 2000 kat daha sıcak çalışıyormuş gibi davranıyor
Bir sanatçının aşırı motoru temsili
Dünyanın en sıcak motoru küçüktür, görünüşte imkansız verimliliklere ulaşır ve doğanın en küçük makinelerine yaklaşabilir.
Termodinamik bir motor, fizik yasalarının ısının yararlı çalışmaya dönüşümünü nasıl dikte ettiğini ortaya çıkarabilen en basit makinedir. Sıcak bir parçaya ve döngülerde kasılan ve genişleyen bir “çalışma sıvısı” ile bağlanan soğuk bir parçaya sahiptir. King’s College London ve meslektaşları Molly Message ve James Millen, çalışma sıvısı yerine mikroskobik bir cam boncuk kullanarak şimdiye kadarki en aşırı motorlardan birini inşa ettiler.
Neredeyse tamamen havadan yoksun metal ve camdan yapılmış küçük bir odada boncuğu tuzağa düşürmek ve havalandırmak için bir elektrik alanı kullandılar. Motoru çalıştırmak için, boncuk üzerindeki “kavrama” yı sıkmak veya gevşetmek için elektrik alanının özelliklerini değiştirdiler. Odadaki çok az kalan hava parçacığı motorun soğuk kısmı olarak hareket ederken, elektrik alanındaki kontrollü sivri sıcak parçayı çaldı. Bu sivri uçlar, parçacığı, onu çevreleyen çok az hava parçacığından çok daha hızlı hareket etmesini sağladı. Çünkü daha sıcak parçacıklar – örneğin, bir gazda – daha hızlı sarsıldığından, buradaki cam parçacık, sıcaklığı 10 milyon Kelvin’e yükselmiş gibi davrandı veya güneşin yüzeyinin sıcaklığının yaklaşık 2000 katı, ancak dokunmak serin olurdu.
Bu cam boncuk motor oldukça sıra dışı bir şekilde çalıştı. Bazı döngüler sırasında, elektrik alanının gücü göz önüne alındığında, cam boncuk beklenenden daha hızlı hareket ederek imkansız verimli görünüyordu. Bu, motorun girdiden daha fazla enerji ortaya koyduğu anlamına geliyordu. Ancak diğer döngüler sırasında, verimlilik negatif hale geldi, sanki boncuk ekstra sıcak hale getirmesi gereken koşullar altında soğuyormuş gibi. “Bazen doğru enerjiyi koyduğunuzu düşünüyorsunuz, bir ısı motoru çalıştırmak için doğru mekanizmaları koyuyorsunuz ve sonunda bir buzdolabı çalıştırıyorsunuz” diyor mesaj. Boncuk sıcaklığı ayrıca, motorun inşa edilmesi nedeniyle beklenmedik olan oda içindeki konumuna göre değişti, böylece boncuk motorun sıcak veya soğuk kısmının sıcaklığına sahip olacaktı.
Bu tuhaflıklar motorun boyutuna kadar tebeşirlenebilir: çok küçüktü, boncuk rastgele vuran tek bir hava parçacığı bile motorun işleyişini radikal bir şekilde değiştirebilir – anlık olarak bir buzdolabına dönüştürmek de dahil olmak üzere. Bu tür davranışları yasaklayacak geleneksel fizik yasaları ortalama olarak devam etmektedir, ancak aşırı olaylar hala boldur. Millen, aynı şeyin hücrelerin mikroskobik bileşenleri için geçerli olduğunu söylüyor. “Bir bakteri veya protein iseniz tamamen sezgisel olan tüm bu garip termodinamik davranışları görebiliriz, ancak bizim gibi büyük bir et topaklıysanız sezgisel olmayan” diyor.
İspanya’daki Granada Üniversitesi’ndeki Raúl Rika, yeni motorun hemen teknolojik bir uygulamaya sahip olmadığını, ancak araştırmacıların doğal, biyolojik sistemleri daha derinden anlamalarına yardımcı olabileceğini söylüyor. Fransa’daki Paris-Saclay Üniversitesi’nde Loïc Rondin, aynı zamanda teknik bir başarı olduğunu söylüyor. Ekip, mikroskobik dünyanın birçok alışılmadık özelliğini nispeten basit bir tasarımla keşfedebilir.
Rondin, “Bazı teoriyi doğrulamak için testler yapabileceğimiz biyolojik bir sistemin ne olacağına dair büyük bir basitleştiriyoruz” diyor. İleride, ekip motoru bu şekilde kullanmak istiyor, örneğin bir proteinin enerjisinin katlandığında nasıl değiştiğini modellemek istiyor.
