热力学第二定律被违反

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似乎当系统变得足够小时,热力学第二定律会发生一些奇怪的事情。该定律指出,宇宙的熵或无序度随时间增加,并且对于大型系统来说,该定律仍然成立。例如,热饮会自发地将热量散发到周围的空气中(无序度增加),但空气不能在不增加能量的情况下加热液体。大约十年前,科学家预测,较大系统内的小分子集合可能并不总是遵守这一原则。现在,澳大利亚研究人员在 7 月 29 日出版的《物理评论快报》上报告说,即使是包含数千个分子的更大系统也可能经历短暂的能量增加,这似乎违反了这项古老的定律。

澳大利亚国立大学的王根苗 (Genmiao M. Wang) 及其同事在使用光镊拖动微米级珠子穿过装有水的容器时发现了这种异常现象。该团队发现,有时,水分子与珠子相互作用的方式使得能量从液体传递到珠子。这些额外的“推动”利用水分子随机的热运动来完成移动珠子的工作,实际上是以无生有。研究人员表示,在持续时间少于两秒的运动期间,珠子从水中获得能量的可能性几乎与向储液器添加能量的可能性相同。然而,无法从该装置中提取有用的能量,因为如果珠子的移动时间间隔超过两秒,这种效应就会消失。

这些发现表明,机器的小型化可能具有内在的局限性。研究人员指出,纳米机器不仅仅是“其较大 counterparts 的缩放版本”,他们得出结论:“随着纳米机器变得更小,它们反向运行的可能性必然会变得更大。”

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