这一突破重新定义了物理学家对发动机结构的认知。
从技术层面讲，发动机是一种将某种形式的能量转化为机械能的装置。基于这一定义，物理学家运用微观世界的奇特规律，制造出了有史以来最热且最小的发动机。
在即将发表于《物理评论快报》的论文中，研究人员描述了一台被塞入悬浮于电场陷阱中的微观粒子的微型发动机。据报道，该装置实现了1000万开尔文（约合1800万华氏度）的温度 —— 虽低于太阳核心温度（约2700万华氏度），但远高于日冕温度（最高约350万华氏度）。
“通过在这个反直觉的层面掌握热力学，未来我们能够设计出更高效的发动机，并开展挑战自然认知的实验。”该研究的第一作者、英国伦敦国王学院博士生莫莉·梅塞奇在声明中表示。
微观世界的规则非同寻常
在这台发动机中，电极通过名为“保罗阱”的近真空装置捕获并悬浮微观粒子。当研究人员对电极施加噪声电压时，粒子开始剧烈晃动，导致整个系统温度呈指数级飙升。
实验结果令人着迷。研究人员指出，这台发动机会在高效运行与公然违背热力学基本定律之间波动。在某些循环中，其输出功率甚至超过了输入能量。而在另一些情况下，本应升温的环境却意外导致发动机冷却。研究人员解释，这可能是由于微观尺度下不可见的力在发挥作用。
“我们观察到了所有这些奇特的热力学行为。如果你是一个细菌或蛋白质，会觉得这些现象理所当然；但对我们这样‘一大块肉’来说，这完全有悖直觉。”论文资深作者、伦敦国王学院物理学家詹姆斯·米伦解释道。
未来应用何在？
由于尺寸极小，这台发动机短期内大概率不会应用于汽车或家电。但研究团队为其设想了更偏理论层面的应用场景。例如，这种粒子阱是模拟其他微观现象（如蛋白质在体内折叠驱动代谢过程）的理想平台。
“蛋白质折叠需要毫秒级时间，但构成它们的原子运动仅需纳秒级。”论文合著者、伦敦国王学院博士后研究员乔纳森·普里切特在声明中解释，“这种时间尺度的差异使得计算机模拟极为困难。而通过观察微粒运动并建立方程，我们可完全规避这一问题。”
研究人员补充说，这仅是众多应用案例之一。正如这台发动机所展现的，微观世界的物理规律以神秘方式运行 —— 而破解这些谜题，或许正需要借助微观工具的力量。
