Η κβαντική μηχανική θα μπορούσε να
χρησιμοποιηθεί για να βελτιώσει την
αποδοτικότητα των θερμικών μηχανών, σύμφωνα με
τον Marlan Scully του Πανεπιστημίου Α &Μ του Τέξας. Ο
Scully έχει υπολογίσει ότι η ενέργεια που
αποβάλλεται από την εξάτμιση μιας μηχανής, θα
μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να τροφοδοτήσει
ένα λέιζερ. Αυτό θα βελτίωνε την απόδοση των
μηχανών πάνω από αυτόν του ιδανικού κύκλου Otto
χωρίς καμιά παραβίαση των νόμων της
θερμοδυναμικής (Scully 2002 Phys. Rev. Lett. 88 050602.
Ο Scully εξέτασε μια απλουστευμένη έκδοση
του κύκλου Otto, μια ακολουθία
μεταβολών ενός αερίου παρόμοιων με αυτήν που
πραγματοποιείται από μια πρότυπη μηχανή
αυτοκινήτων. Σε αυτόν τον κύκλο των τεσσάρων
βημάτων, ένα θερμό αέριο διαστέλλεται σε έναν
κύλινδρο παράγοντας ωφέλιμο έργο προτού να
αποβάλλει θερμότητα στο περιβάλλον. Στη συνέχεια
συμπιέζεται και θερμαίνεται εκ νέου.
Αλλά ο Scully πρόσθεσε δύο ακόμη βήματα. Αφότου έχει
φύγει το θερμό αέριο στην εξάτμιση, το αέριο
περνά μέσω μιας κοιλότητας λέιζερ-μέϊζερ σε
σταθερή θερμοκρασία, όπου αποδίδει ένα ποσό
ωφέλιμης ενέργειας. Αυτή η κοιλότητα τότε
θερμαίνεται ξανά μόλις θερμανθεί εκ νέου το
σύστημα συνολικά, πάλι σε μια σταθερή
θερμοκρασία.
Το κεντρικό σημείο του συστήματος του Scully είναι
ότι η θέρμανση της κοιλότητας δεν αυξάνει την
κινητική ενέργεια των ατόμων στο αέριο, όπως στο
κανονικό στάδιο θέρμανσης. Αντ' αυτού
διεγείρονται τα ενεργειακά επίπεδα των ατόμων,
κάνοντάς τα να εκπέμψουν φωτόνια όταν
ακολουθήσει η αποδιέγερσή τους. Ο Scully υπολόγισε
ότι αυτή η εκλυόμενη κβαντισμένη ενέργεια ήταν
μεγαλύτερη από το πρόσθετο έργο που θα είχε
παραχθεί εάν η πρόσθετη θερμότητα
επανατροφοδοτούσε έναν κανονικό κύκλο τεσσάρων
σταδίων.
Ο Scully επισημαίνει ότι αυτό το αποτέλεσμα δεν
παραβιάζει οποιουσδήποτε νόμους της
θερμοδυναμικής. Ανέλυσε επίσης ένα ισοδύναμο
σύστημα σε έναν κύκλο Carnot - που, ως γνωστόν έχει
την υψηλότερη απόδοση που επιτρέπεται από τη
θερμοδυναμική - και διαπίστωσε ότι η
κβαντομηχανική δεν θα μπορούσε να
χρησιμοποιηθεί για να βελτιώσει την απόδοση της
μηχανής κάνοντας χρήση των διεγέρσεων και
αποδιεγέρσεων των ατομικών ενεργειακών σταθμών.
Ο Scully υπαινίσσεται ότι έχει ήδη σκεφτεί πώς να
εξετάσει την ορθότητα της ιδέας του στο
εργαστήριο και ότι έχει σκεφτεί την χρήση
διαφόρων νέων συστημάτων λέιζερ. Η ιδέα του έχει
πάρει την ονομασία "κβαντικός
μετακαυστήρας" (quantum afterburner) επειδή λειτουργεί
παράλληλα με τις συσκευές που εξάγουν την
ωφέλιμη ενέργεια από την εξάτμιση μιας
αεριωθούμενης μηχανής. |
