เอฟเฟกต์ควอนตัมช่วยเพิ่มประสิทธิภาพเครื่องยนต์

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักฟิสิกส์ได้สร้างเครื่องยนต์ความร้อนด้วยกล้องจุลทรรศน์จำนวนหนึ่งเพื่อตรวจสอบว่ากฎของอุณหพลศาสตร์อาจเปลี่ยนแปลงในระดับอะตอมได้อย่างไร อย่างไรก็ตาม จนถึงปัจจุบัน ยังไม่มีเครื่องจักรใดที่แสดงผลควอนตัม-กลศาสตร์ ตอนนี้ นักวิจัยในสหราชอาณาจักรและอิสราเอลได้สร้างเครื่องยนต์ขนาดเล็กภายในบล็อกของเพชรสังเคราะห์ และได้แสดงให้เห็นว่าการวาง

ซ้อนทางอิเล็กทรอนิกส์สามารถเพิ่มพลัง

ของพวกเขาได้มากกว่าอุปกรณ์แบบคลาสสิกเครื่องยนต์ความร้อนเป็นอุปกรณ์ที่ทำงานโดยใช้ประโยชน์จากการไหลของความร้อนระหว่างอ่างน้ำร้อนและน้ำเย็น โดยปกติแล้วจะมีลูกสูบทางกายภาพที่เคลื่อนที่ขึ้นและลงเมื่อก๊าซหรือของเหลวอื่นๆ ขยายตัวและหดตัว แต่ประสิทธิภาพของมันไม่ได้ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางกลควอนตัมของก๊าซ

นั่นจะไม่เป็นความจริงสำหรับสิ่งที่เรียกว่าเครื่องยนต์ความร้อนควอนตัม ในปี 2015 Ronnie Kosloff และเพื่อนร่วมงานที่มหาวิทยาลัยฮิบรูแห่งเยรูซาเลมในอิสราเอลได้วิเคราะห์การทำงานของเครื่องยนต์ในทางทฤษฎีที่ใช้ประโยชน์จากการเชื่อมโยงกันของควอนตัมผ่านการทับซ้อนของสถานะพลังงาน พวกเขาพบว่าแม้ว่าเครื่องจักรดังกล่าวจะไม่เกินประสิทธิภาพของคาร์โนต์ – ซึ่งกำหนดขีดจำกัดประสิทธิภาพสำหรับเครื่องยนต์ความร้อนแบบย้อนกลับได้ – ในรอบสั้น ๆ เครื่องควรสร้างพลังงานมากกว่าอุปกรณ์คลาสสิกที่เทียบเท่ากันที่ทำงานระหว่างอ่างความร้อนเดียวกัน

ในผลงานล่าสุด James Klatzow จาก Oxford University, Raam Uzdin จากมหาวิทยาลัยฮิบรูแห่งเยรูซาเล็ม, Eilon Poem จากสถาบันวิทยาศาสตร์ Weizmann ในอิสราเอลและเพื่อนร่วมงานที่ Oxford และ Bath University ได้สร้างเครื่องยนต์ดังกล่าวใน ห้องปฏิบัติการ. ตามที่พวกเขารายงานในบทความที่ได้รับการยอมรับให้ตีพิมพ์เมื่อเร็ว ๆ นี้ในPhysical Review Lettersอุปกรณ์ดังกล่าวใช้ประโยชน์จากสิ่งที่เรียกว่าศูนย์ว่างไนโตรเจน 

ช่องว่างภายในตาข่ายเพชรที่สร้างขึ้น

โดยสิ่งสกปรกไนโตรเจนซึ่งทำหน้าที่เป็นอะตอมที่มีชุดของระดับพลังงานที่ไม่ต่อเนื่อง . เพชรที่เป็นปัญหาคือแผ่นคอนกรีตขนาดประมาณ 5 มม. คูณ 5 มม. ซึ่งสัมผัสกับไมโครเวฟและแสงเลเซอร์สีเขียวเครื่องยนต์สองจังหวะวัฏจักรของเครื่องยนต์ประกอบด้วยสองจังหวะ แต่ละรอบใช้เวลาเพียงไม่กี่สิบนาโนวินาที แม้ว่าสิ่งเหล่านี้จะไม่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของลูกสูบเช่นเดียวกับเครื่องยนต์สันดาปก็ตาม จังหวะแรกคือความร้อน 

ซึ่งอิเล็กตรอนจะถูกเพิ่มให้มีระดับพลังงานที่สูงขึ้นด้วยแสงเลเซอร์ก่อนที่จะลดระดับลงไปที่ระดับกลางและเรืองแสงในส่วนสีแดงของสเปกตรัม จากนั้นจังหวะกำลังจะเกิดขึ้น ในระหว่างที่โฟตอนไมโครเวฟที่มีความถี่ที่เหมาะสมจะกระตุ้นอิเล็กตรอนให้เลื่อนลงมาที่สถานะพื้น ผลลัพธ์ที่ได้คือโฟตอนสองโฟตอนถูกปล่อยออกมาสำหรับทุกๆ โฟตอนที่ถูกดูดซับ

เช่นเดียวกับการถ่ายโอนอิเล็กตรอนระหว่างสถานะพื้นและระดับกลาง ปฏิสัมพันธ์ของไมโครเวฟจะสร้างการทับซ้อนของควอนตัมระหว่างสถานะเหล่านี้ เครื่องยนต์ใช้กลไกควอนตัมโดยใช้การซ้อนทับนี้เพื่อเพิ่มอัตราการผลิตของโฟตอนที่ถูกกระตุ้น ซึ่งเป็นผลกระทบที่จะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อจังหวะสั้นมากและการวางซ้อนของควอนตัมยังคงสอดคล้องกัน สิ่งนี้ไม่ได้เพิ่มกำลังขับโดยรวมของเครื่องยนต์ ซึ่งหมายความว่าไม่มีการฝ่าฝืนกฎทางเทอร์โมไดนามิกส์ แต่จะนำไปสู่การเพิ่มความเร็ว กล่าวอีกนัยหนึ่ง มันเพิ่มกำลังของอุปกรณ์เมื่อเทียบกับเครื่องยนต์ที่ไม่มีการวางซ้อนของควอนตัม

Klatzow และเพื่อนร่วมงานได้สาธิตการเพิ่ม

ประสิทธิภาพนี้ด้วยการวัดว่าเครื่องยนต์สามารถทำงานได้มากเพียงใดในแต่ละรอบ เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงระยะเวลาของจังหวะความร้อน แนวคิดคือการค้นหาว่าเกิดอะไรขึ้นเมื่อระยะเวลาของจังหวะเข้าใกล้เวลาถอดรหัส (ประมาณ 75 ns) ซึ่งเป็นเวลาที่เครื่องยนต์มีลักษณะเหมือนควอนตัมน้อยลง และพวกเขาพบว่างานที่ทำต่อรอบลดลงเมื่อจังหวะนั้นยาวขึ้น

ดังที่ Klatzow ชี้ให้เห็น เมื่อ 4 ปีที่แล้ว กลุ่มหนึ่งในเยอรมนีสร้างเครื่องยนต์ความร้อนโดยใช้แคลเซียมไอออนเพียงตัวเดียว ซึ่งนักวิจัยบังคับไปมาตามช่องทางเล็กๆ โดยการเปิดและปิดอิเล็กโทรดในอัตราที่แน่นอน เขาอธิบายว่างานนั้น “น่าประทับใจมาก” แต่บอกว่าพวกเขาไม่ได้แสดงให้เห็นว่าการเชื่อมโยงกันของควอนตัมส่งผลต่อประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ แม้ว่าไอออนเดี่ยวจะเป็นออบเจกต์ควอนตัมอย่างไม่ต้องสงสัย

พลังควอนตัมในทางตรงกันข้าม เขากล่าวอีกว่า อุปกรณ์ล่าสุดมีความไวต่อผลกระทบจากควอนตัม เนื่องจากสามารถทำงานได้โดยใช้ความร้อนเพียงเล็กน้อย ต้องขอบคุณการวัดที่ละเอียดอ่อนอย่างยิ่งซึ่งดำเนินการผ่านการเรืองแสงด้วยเลเซอร์ “เราเป็นคนแรกที่แสดงให้เห็นถึงผลกระทบของการเชื่อมโยงกันของควอนตัมในการทำงานของเครื่องยนต์ความร้อน” เขากล่าว

Klatzow คาดว่าการประยุกต์ใช้งานวิจัยเชิงปฏิบัติยังคงมีอยู่บ้าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งผู้ที่อาศัยประสิทธิภาพสูง – ด้วยประสิทธิภาพในปัจจุบัน เขากล่าว โดย “ไม่มีที่ไหนเลยที่ใกล้กับ Carnot อย่างแน่นอน” ในทางกลับกัน เขาเชื่อว่าอาจช่วยให้เราเข้าใจเรื่องการสังเคราะห์แสงได้ดีขึ้น เนื่องจากพืชทำงานเหมือนเครื่องยนต์ความร้อนโดยแปลงแสงแดดเป็นพลังงานไฟฟ้าที่เก็บไว้ “ผู้คนสงสัยว่าอาจมีกระบวนการควอนตัมที่เชื่อมโยงกัน ซึ่งคงจะวิเศษมากถ้าเราสามารถเลียนแบบมันได้” เขากล่าว “นั่นอาจเป็นประโยชน์สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพมาก”

Kosloff ขอแสดงความยินดีกับกลุ่มทดลองสำหรับ “การสนับสนุนที่สำคัญมาก” ต่ออุณหพลศาสตร์ควอนตัม และค่อนข้างมั่นใจในการใช้งาน งานวิจัยล่าสุด เขาโต้แย้งว่า “ปูทางไปสู่การถามเกี่ยวกับอำนาจสูงสุดของควอนตัม” ในการออกแบบเครื่องยนต์ทำความร้อนและตู้เย็น “ในอนาคตอันใกล้ตู้เย็นควอนตัมจะกลายเป็นตัวขับเคลื่อนที่สำคัญในเทคโนโลยีควอนตัม” เขากล่าว

Credit : เกมส์ออนไลน์แนะนำ >>>สล็อตแตกง่าย