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斯图加特大学的科研团队证实，热力学基础定律——卡诺原理不适用于物理特性相互关联的原子级系统（即所谓相关物体）。
这项发表于《科学进展》的发现，有望为开发超微型高能效量子引擎铺平道路。
传统热机如内燃机和蒸汽涡轮机，通过将热能转化为机械运动来工作。然而近年来，量子实验的进步使热机尺寸缩小至微观尺度成为可能。
“未来可能出现仅一个原子大小的微型电机，”斯图加特大学理论物理研究所教授埃里克·卢茨表示。“如今我们还发现，这类引擎的最高效率可超越大型热机。”
卢茨与该所博士后研究员米尔顿·阿吉拉尔在期刊论文中阐述了这一结论的科学依据。两位物理学家通过问答形式总结了他们的发现：
近200年前，法国物理学家萨迪·卡诺确立了热机效率的上限。卡诺原理（即热力学第二定律的应用）最初是针对宏观物体建立的，例如蒸汽涡轮机。
然而我们现已证明，卡诺原理必须扩展至原子尺度物体——例如强关联分子马达。
卡诺证明温度差具有决定性影响：冷热温差越大，热机理论效率上限越高。但卡诺原理忽略了所谓量子关联的影响。
这些是微观尺度粒子间形成的特殊键合。我们首次推导出能完整涵盖这些关联效应的广义热力学定律。
研究表明，原子尺度热机不仅能将热能转化为功，还能将关联效应转化为功。因此其产功能力更强，量子引擎的效率可突破传统卡诺极限。
这项研究深化了我们对原子层面的认知。越是透彻理解这些维度中的物理定律，就越能早日将其应用于未来技术开发——例如能在纳米尺度精确执行任务的微型高效量子电机。
或许未来这类电机将驱动医疗纳米机器人，或操控原子级材料加工设备？其应用潜力极为广阔。
这一发现就像是在物理学大厦的基石上发现了一条裂缝，但这裂缝透出的不是崩塌的尘埃，而是新世界的光芒。当卡诺在蒸汽时代仰望热机效率的天花板时，他或许未曾想到，两百年后的人类会在原子尺度上找到突破这层天花板的梯子。量子关联，这个微观世界的幽灵，如今正逐渐变成驱动纳米机器的燃料。这意味着，未来的能源利用或许不再受限于冷热温差的死板公式，而是在量子纠缠的微妙舞蹈中，找到更高效、更灵动的可能。
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