英国伦敦国王学院研究团队成功创造出世界最小且最热的发动机，运行温度高达1000万开尔文，突破了物理学边界。这一微型发动机不仅展现出违背传统热力学定律的奇异行为，还在生物物理学等领域展现出极具潜力的应用前景。突破物理极限：世界最小与最热的结合物理学的边界再次被突破，英国伦敦国王学院的研究团队成功创造出世界上最小同时也是最热的发动机。其运行温度高达1000万开尔文，约1800万华氏度，虽低于太阳核心温度，但远超太阳日冕的350万华氏度，而整个发动机系统小到可装入一个微观粒子之中。该研究即将发表在《物理评论快报》上，重新定义了人们对发动机制造的想象，为理解微观世界的奇异物理现象开辟新途径。独特设计：微观颗粒与近真空装置的协作该微型发动机的核心是一个被困在电场边缘的微小颗粒，整个系统被置于名为保罗阱的近真空装置中。当研究人员向电极施加噪声电压时，颗粒开始剧烈振动，导致系统温度呈指数级飙升。这种看似简单的设计背后，蕴含着深刻的物理学原理，展现了微观世界与宏观世界截然不同的运行规律。违背传统：量子热力学的反常行为这台微型发动机表现出完全违背传统热力学定律的行为模式。在某些工作循环中，其功率输出超过消耗的能量，且有时会在承受本应使其升温的条件下反常地冷却。研究资深作者詹姆斯·米伦解释说：“ 我们可以看到所有这些奇怪的热力学行为，如果你是细菌或蛋白质，这些行为是完全直观的，但如果你是像我们这样的大块肉体，那就完全不直观了。” 这些反常现象源于量子力学效应在微观尺度上的主导作用，在如此小的系统中，热涨落、量子噪声和布朗运动等微观效应变得极其重要，甚至主导系统行为。深层意义：挑战传统物理学认知研究主要作者、伦敦国王学院博士生莫莉·梅塞奇表示：“ 通过在这个不直观的层面上掌握热力学，我们可以在未来设计出更好的发动机，并挑战我们对自然的理解。” 这一表述揭示了该研究不仅是技术突破，更是对传统物理学认知的挑战。这些现象的深入研究有助于完善对量子热力学的理解，为量子信息技术和纳米技术的发展提供重要启示。生物物理新视角：模拟生物分子动态行为研究人员为这台看似无法应用于传统机械的微型发动机找到了极具价值的应用前景，它特别适合模拟生物分子的动态行为，尤其是蛋白质折叠过程。研究合著者乔纳森·普里切特指出：“ 蛋白质在几毫秒内折叠，但使它们移动的原子在纳秒内移动。这些不同的时间尺度使得计算机很难对它们进行建模。通过观察微粒如何移动并在此基础上计算出一系列方程，我们就可以完全避免这个问题。” 蛋白质折叠与多种神经退行性疾病密切相关，传统分子动力学模拟存在计算资源需求大且难以准确描述复杂过程的问题，而微型发动机提供了全新研究方法。广阔应用前景：生物物理及纳米医学领域除蛋白质折叠外，该技术还可能应用于研究细胞膜运输、酶催化反应、DNA复制和转录等多种生物过程，为生物物理学研究提供强有力的新工具。此外，在纳米医学领域，通过设计类似微观系统，可能实现药物在细胞内的精确传递，或开发出分子水平诊断和治疗的纳米机器人。随着对微观热力学理解的深入，这类超小型发动机将推动纳米技术、量子技术和生物技术的融合发展。