Fizikçiler, termodinamiğin ikinci yasasının kuantum aleminde aşılabileceği görüşünde.

Nanoteknoloji

Teknolojik Yenilik Web Sitesi Editör Ekibi - 07/11/2025

İki fizikçinin atom ölçeğinde inşa edilmesinin mümkün olduğunu iddia ettiği iki osilatörlü kuantum motoru. [Görsel: Milton Aguilar ve ark. - 10.1126/sciadv.adw8462]

Kuantum termodinamiği

Kuantum termodinamiğinin varlığı veya yokluğu konusundaki tartışma fizikçileri heyecanlandırıyor çünkü bu sorunun kuantum pillerinin inşasından, rakipsiz verimliliğe sahip atom ölçeğindeki motorlara kadar uzanan çok geniş kapsamlı etkileri var.

Almanya'daki Stuttgart Üniversitesi'nden Milton Aguilar ve Eric Lutz, kuantum mekaniğinin atom ölçeğinde termodinamiğin ikinci yasasını aştığına dair matematiksel kanıta sahip olduklarını iddia ediyorlar.

Etkisi çarpıcıdır: Tıpkı bir kuantum bilgisayarının kuantum üstünlüğü sergileyerek klasik bir bilgisayar için pratik olmayan sorunları çözebilmesi gibi, örneğin kuantum mekaniğinin özelliklerini kullanarak motorlar inşa ederek motorlar için de üstünlük sağlanabilir.

İki araştırmacı, termodinamiğin temel yasalarından biri olan Carnot ilkesinin , fiziksel özellikleri yalnızca kuantum aleminde var olan olgularla bağlantılı olan atom ölçeğindeki nesneler için geçerli olmadığını kanıtladıklarını iddia ediyor. Korelasyonlu parçacıklar olarak bilinen bu nesneler, herhangi bir bilgi alışverişine ihtiyaç duymadan özelliklerini paylaşırlar; kuantum dolanıklığıyla ilişkili parçacıklarda durum böyledir.

Eğer ikilinin sunduğu kanıtlar doğrulanırsa, o zaman kuantum motorları, mutlak verimliliğe sahip atom ölçeğindeki makineler inşa etmek bir kez daha mümkün olacak.

Lutz, "Tek bir atom büyüklüğündeki minik motorlar gelecekte gerçeğe dönüşebilir," dedi. "Ayrıca, bu motorların daha büyük ısı motorlarından daha yüksek bir tepe verimliliğine ulaşabileceği artık aşikâr."

İlişkili motorların çalışma rejimleri, yani kuantum dolanıklığı yoluyla özelliklerin paylaşımı. Termal ve termal olmayan katkılar arasındaki oranın değerine bağlı olarak, ilişkili motorlar ısıyı (termal rejim) veya korelasyonlar (termal olmayan rejim) gibi entropik kaynakları dönüştürerek iş üretebilir. [Görsel: Milton Aguilar ve ark. - 10.1126/sciadv.adw8462]

Kuantum mekaniğinin üstünlüğü

1824 yılında Fransız fizikçi Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796-1832), ısının işe ideal dönüşümünü hesapladı ve kapalı bir sistemi farklı sıcaklık ve basınçlardan geçirerek ısının işe veya tam tersine dönüştürülebileceği verimliliğin üst sınırını belirledi.

Bunlara, ısıyı harekete, daha doğrusu termal enerjiyi mekanik harekete dönüştüren ısı motorları olan içten yanmalı motorlar ve buhar türbinleri de dahildir.

Soru şu: Motorlar minyatürleştikçe – artık mikroskobik boyutlara ulaştılar – Carnot ilkesine her zaman uymak zorunda kalacaklar mı, yoksa bu zorunluluktan kurtulup " kuantum avantajı " mı gösterecekler?

Carnot, sıcaklık farkının belirleyici bir etkiye sahip olduğunu göstermiştir: Sıcak ve soğuk arasındaki fark ne kadar büyükse, bir ısı makinesinin mümkün olan maksimum verimi de o kadar yüksek olur. Ancak Carnot ilkesi, kuantum korelasyonları olarak adlandırılan bağların etkisini göz ardı eder. Bunlar, parçacıklar arasında çok küçük ölçekte oluşan özel bağlardır.

İki fizikçi, "İlk kez, bu korelasyonları tamamen hesaba katan genelleştirilmiş termodinamik yasaları türettik. Sonuçlarımız, atom ölçeğinde çalışan ısı motorlarının yalnızca ısıyı değil, aynı zamanda korelasyonları da işe dönüştürebildiğini gösteriyor. Sonuç olarak, daha fazla iş üretebiliyorlar ve bir kuantum motorunun verimliliği geleneksel Carnot sınırını aşabiliyor," diye yazdı.

Tedbir ve sabır

İki fizikçinin çalışmaları yeni yayınlandı, bu da diğer uzmanların sonuçları geçerli bulduğu anlamına geliyor. Ancak belki de bu, konuyla ilgili son sözü söylemek için henüz yeterli değil.

Konuyu takip etmiyorsanız, 2023 yılında iki fizikçinin, termodinamiğin ikinci yasasının kuantum eşdeğeri olan "ikinci dolanıklık yasası" diye bir şeyin olmadığı sonucuna varan bir makale yayınladığını bilmelisiniz.

Ancak bir yıldan kısa bir süre sonra aynı ikili kendi çalışmalarında da kusurlar buldular ve bu da onları tam tersi sonuca varan, yani kuantum termodinamiğinin gerçekten var olduğu sonucuna varan başka bir makale yayınlamaya yöneltti.

Bu arada, iki aydan biraz daha uzun bir süre önce, başka bir ekip bu son sonucu, yani kuantum dünyası için termodinamiğin ikinci yasasına benzer bir yasanın varlığını desteklemenin başka bir yolunu buldu. Bunu, fizikçilerin geri döndürülemez olduğuna inandıkları kuantum dolanıklığını kullanarak yaptılar.

Bu nedenle kuantum tartışmasının sonraki bölümlerini beklemek daha akıllıca olabilir.

Diğer haberler:

Daha fazla konu