量子物理学家在某一研究中发觉,即便在接近绝对零度时,分子依然有着微观运动。
此现象被称为“量子涨落”,源于海森堡不确定性原理。
简单来讲,其实即便处于最低温度,分子也不会完全静止,因为其位置与动量,无法一同被精确测量。
分子的这种永不停歇的运动,实际上是温度的本质表现。
温度呢是分子平均动能的宏观表现,这也就意味着,温度越高,分子运动越剧烈;而且反之温度越低,分子运动越缓慢,但是永远不会完全停止。
这种无规则的运动,被称为布朗运动,其实是由分子之间的碰撞所引起的。
这样既然分子总是在运动,为什么我们不能利用它们的动能来制造永动机呢?
答案在于热力学的基本定律。首先热力学第一定律,即能量守恒定律,告诉我们能量不能凭空产生或消失。
虽然分子动能存在,但要将其转化为有用功,需要外部能量输入。
就像风力发电需要风的推动,或者化学反应需要反应物的能量。
其次热力学第二定律,即熵增原理,指出在一个封闭系统中,熵总是增加的。
熵是系统无序程度的度量,分子运动的能量是分散无序的,而有用功需要有序的能量形式。
因此试图利用分子运动来制造永动机,在逻辑上是自相矛盾的。
尽管如此,分子的无规则运动,并非毫无用处。
科学家们已经找到了一些方法来利用这种运动;比如布朗马达借助分子的热运动,实现纳米级的精准操作,这在药物输送以及微型机器人技术当中,具有重要的应用。
除此之外,高效的热电材料,能够将热能转化为电能,助力节能减排。
而量子比特通过利用分子量子态进行信息处理,拓展了量子计算的边界。
未来科学家们,希望在量子层面,完全操控分子运动,设计出“近乎永动”的能源系统。
其实这虽不违背物理定律,但是需要对量子规律,有更深入的理解。
近来国际量子研究所公布了一则令人讶异的研究成果;他们于实验室中顺利地达成了对单个分子的量子操控。
此突破不单验证了量子力学的基础原理,而且给未来的量子计算与能源系统设计,带来了新的契机。
不过这一切都仅仅只是开始罢了。
科学家们在持续地摸索着新的途径,而且他们希望能够更深入地去理解以及掌控分子的运动。
其实也许有那么一天,我们竟然真的能够设计出一种近乎于永动的能源系统,给人类带来无穷的能量。
分子运动的奥秘是否会在未来被完全揭示?
我们是否能真正利用这种运动来改变世界?