محرك “كارنو المقامر” يثير الجدل بتحديه لقوانين الديناميكا الحرارية

أعلن فريق من الباحثين عن تطوير محرك حراري ميكروسكوبي جديد ينفرد بكفاءة قد تصل إلى 100%، وهو ابتكار يتحدى الفهم التقليدي المرتبط بكفاءة كارنو، التي وضعت قبل حوالي 200 عام، هذا الاختراع يمثل خطوة فارقة نحو تغيير مفاهيم الديناميكا الحرارية التقليدية ويعزز من جهود البحث في مجال الطاقة المتجددة.

المحرك، المعروف باسم “كارنو المقامر”، يستفيد من الحركة العشوائية للجسيمات الحرارية، ويستخدم تدخلًا لحظيًا مستوحى من فكرة “شيطان ماكسويل” الشهيرة، هذا يُمكن الباحثين من فرز الجسيمات بدقة عالية، مما يساهم في تحسين الكفاءة وتحقيق إنجازات غير مسبوقة في هذا المجال العلمي الحيوي.

آلية عمل المحرك تتضمن مراقبة جسيم صغير يتم احتجازه بواسطة أشعة ليزر، وبفضل تدخلات دقيقة تحدث عند اللحظة المثالية يعود الجسيم إلى مركز المصيدة، هذه التقنية تعزز من عملية الضغط بطاقة شبه معدومة، مما يتيح تحويل الحرارة الممتصة بالكامل إلى شغل دون أي هدر، مما يمنح هذا المحرك كفاءة نظرية غير مسبوقة.

بمجرد استعراض القوانين التقليدية للديناميكا الحرارية، نجد أن مرحلة التقليدية تفترض عدم تجاوز الكفاءة لمعادلة كارنو، ومع ذلك، يبدو أن النجاح تم تحقيقه في البيئة الميكروسكوبية بفضل التغذية الراجعة الذكية، لذا يمكن أن يفتح هذا التقدم أبوابًا لفرص جديدة في فهم وتحسين استخدام الطاقة.

رغم ذلك، يشير العلماء إلى أنه عند احتساب تكلفة معالجة المعلومات لتشغيل النظام، فإن الكفاءة النهائية يجب أن تتوافق مع قانون كارنو التقليدي، لذلك فإن هذا التطور يتطلب المزيد من البحث والتحليل لضمان فعاليته في التطبيقات العملية.

إذا أخذنا الأمر بشكل مبسط أكثر، فإن القواعد القديمة لدراسة الديناميكا الحرارية توضح أن أي آلة تسعى لتحويل الحرارة إلى طاقة لابد أن تواجه فقدًا، في هذا السياق الجديد يخترع العلماء طرقًا تتيح لهم التقاط اللحظة المناسبة لجسيم صغير جدًا، مما يمكنهم من استخراج شغل بتكاليف جدا منخفضة.

الباحثون يرون أن التقنية المكتشفة سيكون لها تطبيقات مستقبلية واسعة، إذ من الممكن استغلال الحرارة المهدرة على مقياس النانو، مما يمكن أن يحدث ثورة في مجالات الإلكترونيات الدقيقة والأجهزة الكمية، ومع الاعتماد على الأساليب المستخدمة في أبحاث الملاقط الضوئية، فإن التطبيق العملي قد يصبح قريبًا في الواقع.