เมื่อวิศวกรชาวฝรั่งเศส Sadi Carnot คำนวณประสิทธิภาพสูงสุดของเครื่องยนต์ความร้อนในปี 1824 เขาไม่รู้ว่าความร้อนคืออะไร ในสมัยนั้น นักฟิสิกส์คิดว่าความร้อนเป็นของเหลวที่เรียกว่าแคลอรี่ แต่คาร์โนต์ ซึ่งต่อมาได้รับการยกย่องว่าเป็นผู้บุกเบิกในการก่อตั้งกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ ไม่จำเป็นต้องรู้รายละเอียดเหล่านั้น เพราะเทอร์โมไดนามิกส์ไม่ไวต่อรายละเอียดด้วยกล้องจุลทรรศน์ ความร้อนจะไหลจากความร้อนไปสู่ความเย็นโดยไม่คำนึงว่ามันจะประกอบด้วยของไหลหรือที่ปรากฎคือการเคลื่อนที่รวมของโมเลกุลหลายล้านล้านโมเลกุล เทอร์โมไดนามิกส์ กฎและสมการที่ควบคุมพลังงานและประโยชน์ของพลังงานในการทำงาน เกี่ยวข้องกับภาพรวมเท่านั้น
เป็นแนวทางที่ประสบความสำเร็จ ตามที่เทอร์โมไดนามิกส์ต้องการ
พลังงานจะถูกอนุรักษ์ไว้เสมอ (กฎข้อที่หนึ่ง) และเมื่อมันไหลจากความร้อนไปสู่ความเย็น พลังงานก็สามารถทำงานได้ โดยถูกจำกัดด้วยการสร้างความวุ่นวาย หรือเอนโทรปี (กฎข้อที่สอง) กฎหมายเหล่านี้กำหนดทุกอย่างตั้งแต่ไมล์ต่อแกลลอนของเครื่องยนต์รถยนต์ไปจนถึงอายุการใช้งานแบตเตอรี่ของสมาร์ทโฟน ช่วยให้นักฟิสิกส์เข้าใจหลุมดำได้ดีขึ้น และทำไมเวลาจึงเคลื่อนไปข้างหน้าแต่ไม่ถอยหลัง ( SN: 7/25/15, p. 15 )
ทว่าแนวทางในภาพรวม เมื่อพิจารณาถึงป่าไม้มากกว่าต้นไม้ ทำให้นักฟิสิกส์สงสัยว่าอุณหพลศาสตร์มีอยู่ในทุกระดับหรือไม่ มันจะทำงานได้หรือไม่ถ้าเครื่องยนต์ประกอบด้วยสามโมเลกุลมากกว่าปกติล้านล้านล้านล้าน? ในขอบเขตของกลศาสตร์ควอนตัมที่เล็กมากซึ่งควบคุมโดยกฎแปลก ๆ ของกลศาสตร์ควอนตัม บางทีรหัสทางเทอร์โมไดนามิกอาจไม่เข้มงวดนัก
MARY KATE MCDEVITT
Janet Anders นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีจากมหาวิทยาลัย Exeter ในอังกฤษกล่าวว่า “อุณหพลศาสตร์ได้รับการออกแบบมาสำหรับสิ่งที่ยิ่งใหญ่” “เราไม่ได้รวมเทอร์โมไดนามิกส์เข้ากับกลศาสตร์ควอนตัมเลย”
ในช่วงสองสามทศวรรษที่ผ่านมา นักฟิสิกส์ค่อยๆ สำรวจการไหลของความร้อนในระดับควอนตัม โดยรู้สึกทึ่งกับความเป็นไปได้ที่จะพบการละเมิดกฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์ จนถึงตอนนี้ กฎข้อที่สองยังคงแข็งแกร่ง แต่เทคนิคการทดลองที่แม่นยำแบบใหม่ช่วยให้นักฟิสิกส์สามารถสำรวจฐานรากควอนตัมของอุณหพลศาสตร์ได้อย่างเต็มที่มากขึ้น การทดสอบขีดจำกัดที่กำหนดโดยนักทฤษฎี นักวิจัยกำลังสร้างเครื่องยนต์ขนาดเล็ก ซึ่งบางเครื่องขับเคลื่อนโดยอะตอมเดี่ยว และวัดอุบายที่อ่อนแอของอุปกรณ์
แม้ว่านักฟิสิกส์จะไม่สามารถแหกกฎทางเทอร์โมไดนามิกส์ได้ แต่หลักฐานล่าสุดชี้ให้เห็นถึงวิธีที่จะทำให้โค้งงอได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งโดยการใช้ประโยชน์จากวิธีที่ควอนตัมพัวพันสานชะตากรรมของอนุภาคเพียงไม่กี่ตัว เทคนิคที่ใช้ในการประมวลผลข้อมูลควอนตัมสามารถพิสูจน์ได้ว่ามีประโยชน์สำหรับการบีบพลังงานพิเศษออกจากเครื่องยนต์ขนาดเล็กเป็นต้น บทเรียนเหล่านี้สามารถช่วยนักวิทยาศาสตร์สร้างนาโนแมชชีนที่เก็บความร้อนและนำไปใช้ส่งยาภายในร่างกาย หรือช่วยลดการสูญเสียพลังงานในส่วนประกอบเล็กๆ ของคอมพิวเตอร์แบบเดิม
credit : echocolatenyc.com echotheatrecompany.org faithbaptistchurchny.org familytaxpayers.net felhotarhely.net
