Ученые обнаружили, что поведение наночастиц в некоторых условиях нарушает второй закон термодинамики

Вышеприведенное утверждение звучит подобно первоапрельской шутке и, естественно, вызывает изрядную долю скептицизма. Тем не менее, группа ученых из трех различных университетов, проведя ряд предварительных теоретических исследований, продемонстрировала на практике, что поведение наночастиц, помещенных в определенные условия, нарушает один из фундаментальных законов физики, второй закон термодинамики, определяющий взаимосвязь энтропии термодинамической системы и ее температуры. В качестве доказательства ученые поместили наночастицы в искусственно созданное состояние теплового дисбаланса и выяснили, что их поведение в корне отличается от поведения частиц большего размера, помещенных в точно такие условия.

Напомним нашим читателям, что второй закон термодинамики - это тот закон физики, благодаря которому считается невозможным создание вечных двигателей любых типов. Он определяет, что уровень энтропии (беспорядка) любой изолированной системы не может уменьшиться спонтанно при неизменных параметрах окружающей среды. Система всегда стремится достичь такого уровня энтропии, который является максимально возможным при существующих условиях. Ученые продемонстрировали, что поведение наночастицы, пойманной в ловушку луча лазерного света, нарушает второй закон термодинамики, это нарушение является переходным процессом и описывается математической моделью колебаний частицы, происходящих в наноразмерном масштабе.



Для проверки правильности теорий и разработанных математических моделей, исследователи из Венского университета, Института фотоники в Барселоне и Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе использовали кварцевую сферическую наночастицу, диаметром 150 нанометров. Эта наночастица была заключена в оптической ловушке луча лазерного света, а дополнительные датчики и оборудование позволяли с высочайшей точностью измерить положение частицы в трех измерениях и вычислить параметры ее колебаний.

Наночастица была охлаждена до температуры ниже температуры окружающего ее газа, таким образом было создано искусственное состояние теплового дисбаланса. По всем канонам физики наночастица должна была начать поглощать тепло из окружающей среды, восстанавливая тепловой баланс. Но ученые, наблюдая за колебаниями наночастицы, зарегистрировали кардинально противоположное поведение. Вместо того, чтобы поглощать тепловую энергию, наночастица время от времени испускала собственное тепло в окружающую среду, охлаждаясь до еще более низкой температуры.

У ученых пока еще не существует правдоподобного объяснения наблюдаемым ими явлениям и для того, чтобы узнать больше о происходящих на наноразмерном масштабе процессах, ученые уже запланировали проведение ряда дополнительных исследований и экспериментов. Вполне вероятно, что в ходе этих исследований будут обнаружены некоторые новые процессы, которые впоследствии можно будет использовать в своих целях, внедряя наночастицы в чипы электронных устройств, в медицинские препараты и в микроэлектромеханические устройства различных типов.