你可能聽過「天下沒有白吃的午餐」，物理學家也有一句老話：「熱機的效率不可能超過卡諾極限(Carnot limit)」。這條由法國科學家 Sadi Carnot 在 1824 年立下的規矩，兩百年來被奉為鐵律。但現在，有研究團隊大膽提出：也許我們的午餐真的能「白吃」一回。

這項發表在《Physical Review Letters》的研究，介紹了一台被暱稱為「賭博式卡諾引擎」的新型熱機。顧名思義，這台引擎玩的是一種「資訊博弈」：它利用一個微小的膠體粒子（想像一顆泡在水裡的塑膠小球），再加上來自「麥克斯威惡魔」的幫忙──這個惡魔並非真的長角，而是高速監測粒子位置的雷射與電腦。當粒子因熱運動晃到某個「幸運位置」時，惡魔立刻喊「ALL IN！」，迅速跳過原本耗能的壓縮過程，讓引擎近乎零成本完成工作。
把蒐集資訊的能量算進去依然符合總帳

研究團隊設計的『賭博卡諾引擎』（GCE）運作示意圖：在等溫壓縮階段（藍色區域），一個“惡魔”監測布朗粒子的隨機位置變化（a）。若粒子在指定時間內穿越原點（橘色軌跡），系統立即跳至終態而幾乎不耗能；若未穿越（藍色軌跡），則遵循傳統布朗卡諾引擎的壓縮路徑（b，紅色虛線），以達到超越傳統效率的效果。」圖／《Physical Review Letters》
這種機制和賭場黑傑克頗像：有好牌就押、沒把握就跳過。長期下來，引擎的效率竟能超過卡諾極限，理論上甚至逼近 100%。聽起來像作弊？研究人員解釋：其實並沒有違背熱力學。因為當你把「蒐集與抹除資訊」的能量消耗也算進去，總帳仍舊遵守卡諾規則。只是這一次，資訊成了遊戲裡的籌碼。

這台引擎雖然目前還只存在於數學與模擬，但研究團隊強調：使用的參數都是實驗室能做到的。真正的難題是「手速」──要以每秒十萬次以上的頻率監測與反應，才抓得住粒子的隨機晃動。不然，就像賭徒出手太慢，黃金時刻一閃而逝。

如果未來真的能在實驗室成功打造，這種「賭博式引擎」或許能啟發奈米機器、分子引擎的新設計。兩百年前卡諾定律樹立了熱力學的金科玉律，而如今，科學家們像老練的玩家一樣，試著在規則邊緣找到新玩法。看來，就連宇宙最嚴肅的法則，也難逃一場精心算計的「科學博弈」。

這個研究真的非常有趣，《Physical Review Letters》是我們物理領域最頂尖的期刊，能夠通過審查代表有重要性。熱力學第二定律有很多種表述，「熱機的效率不可能超過卡諾極限」是最原始的表述方式，之後再演進到我們耳熟能詳的熵（無序度）只會增加或保持不變，熱量總是從高溫流向低溫。這就是為什麼熱機效率永遠無法達到100%，以及為什麼時間只會朝一個方向流動。

然而當我們將視角縮小到單個或少數粒子時，在這種微觀尺度上，巨觀的熱力學的定律不再是絕對的，而是帶有隨機性和機率性。這就是「賭博式引擎」的由來。它不是一個穩定運轉的機器，而是一種利用這種微觀隨機性來工作的概念性裝置。

這種「賭博」的過程雖然有成功也有失敗，但只要他們能精確地捕捉到成功的瞬間，就可以從中提取能量，這在巨觀世界是不可想像的。這種研究之所以重要，是因為它開啟了我們對熱力學更深層次的思考，將量子力學的隨機性與熱力學的確定性聯繫起來，幫助我們更好地理解這兩個領域之間的關係。

「賭博式引擎」並不是要推翻熱力學，而是要擴展和深化我們對它的理解。它告訴我們，在微觀世界中，物理定律可能更像是一種機率遊戲，而人類的智慧在於如何利用這種隨機性來創造新的可能性。

732 發表於 2025-9-7 12:22
這個研究真的非常有趣，《Physical Review Letters》是我們物理領域最頂尖的期刊，能夠通過審查代表有重要 ...

要以每秒十萬次以上的頻率監測與反應
現在研究都在追求快
唯快不破
夠快很多物理會出現科幻情節

鄭玄琦 發表於 2025-9-7 18:43
要以每秒十萬次以上的頻率監測與反應
現在研究都在追求快
唯快不破

每秒十萬次在現代科學儀器來說並不算快，就連醫美去斑的皮秒雷射 每秒都可以有10的12次方次震盪。

這個實驗設計最主要的是要再準確的時間出手，才可以無中生有的獲得能量。

732 發表於 2025-9-7 19:44
每秒十萬次在現代科學儀器來說並不算快，就連醫美去斑的皮秒雷射 每秒都可以有10的12次方次震盪。

這個 ...

天下武功唯快不破
只要夠快就能準確的時間出手
這樣就能站上武林之巔