محرك "كارنو المقامر".. ابتكار علمي يتحدى قوانين الديناميكا الحرارية

كارنو المقامر

كتبت رنا أمين

الثلاثاء، 02 سبتمبر 2025 02:00 ص

أعلن فريق من الباحثين عن تصميم محرك حراري ميكروسكوبي جديد قادر على بلوغ كفاءة تصل إلى 100%، في خطوة غير مسبوقة تتحدى الحد الكلاسيكي المعروف باسم كفاءة كارنو الذي وضع قبل نحو 200 عام.

المحرك، الذي أُطلق عليه اسم "كارنو المقامر"، يعتمد على استغلال الحركة العشوائية للجسيمات الحرارية، مع تدخل لحظي يشبه فكرة "شيطان ماكسويل" الشهيرة في الفيزياء، لفرز الجسيمات بدقة وزيادة الكفاءة.

آلية العمل

المحرك يراقب جسيمًا صغيرًا محتجزًا بأشعة ليزر، ثم يتدخل عند اللحظة المثالية عندما يعود الجسيم إلى مركز المصيدة، هذه الآلية تسمح بإكمال شوط الضغط بطاقة شبه معدومة، ما يعني تحويل الحرارة الممتصة كاملة إلى شغل دون هدر، وهو ما يمنحه كفاءة نظرية تصل إلى 100%.

ثغرة في القوانين الكلاسيكية

القوانين التقليدية للديناميكا الحرارية تنص على أن كفاءة أي محرك لا يمكن أن تتجاوز معادلة كارنو (η = 1 – Tc/Th)، أي أن جزءًا من الحرارة يضيع حتمًا كفاقد، لكن في المقياس الميكروسكوبي، حيث الطاقة مجزأة وكمّية، تمكن الباحثون من إيجاد ثغرة عبر التغذية الراجعة الذكية.

مع ذلك، يشير العلماء إلى أن حساب تكلفة معالجة المعلومات اللازمة لتشغيل النظام يعيد الكفاءة النهائية لتتوافق مع قانون كارنو الأصلي.

شرح مبسط

بشكل مبسط، القاعدة الفيزيائية القديمة تقول إن أي آلة تحول الحرارة إلى طاقة لا يمكنها أن تعمل بكفاءة كاملة، إذ لابد من وجود فاقد في الحرارة. الجديد هنا أن العلماء استخدموا حيلة على المستوى المجهري: راقبوا جسيمًا صغيرًا جدًا واغتنموا اللحظة المناسبة ليستخرجوا منه شغلًا دون إهدار تقريبًا، على الورق تبدو النتيجة كفاءة 100%، لكن عند احتساب تكلفة المراقبة والتحكم، تظل القوانين الأساسية للديناميكا الحرارية سارية.

تطبيقات مستقبلية

يرى الباحثون أن هذه التقنية قد تمهد الطريق لاستغلال الحرارة المهدرة على مقياس النانو، ما يفتح آفاقًا لاستخدامها في الإلكترونيات الدقيقة، والأجهزة الكمية، وحتى المجسات الفضائية الصغيرة، وبما أن التجربة تعتمد على معايير مستخدمة بالفعل في أبحاث الملاقط البصرية، فإن تطبيقها العملي قد يكون قريبًا.