Canberra (AU) – Uit Australisch onderzoek blijkt dat de tweede hoofdwet van de thermodynamica onder uitzonderlijke omstandigheden niet opgaat. Dit heeft gevolgen voor de inzet van nanotechnologie.


Volgens de tweede hoofdwet van de thermodynamica gaat er altijd energie verloren als een vorm van energie wordt omgezet in een andere. De entropie neemt toe. Al eeuwenlang proberen uitvinders een perpetuum mobile te maken, maar zo'n apparaat kan niet bestaan omdat dit tegen de tweede hoofdwet van de thermodynamica indruist. Alhoewel in de klassieke mechanica en de kwantummechanica de tijd omkeerbaar is, geeft de tweede hoofdwet een richting in de tijd aan. Nu blijkt dat onder speciale condities deze hoofdwet niet geldt.

De onderzoekers, onder leiding van prof dr Denis Evans, bouwden met laserstralen een optische val waarin ze minuscule latexkorrels konden vangen. Ze probeerden met deze testopstelling bewijzen te vinden voor het fluctuatietheorema. Dit theorema stelt dat de waarschijnlijkheid dat de tweede hoofdwet van de thermodynamica wordt geschonden exponentieel afneemt als de omvang van een systeem of de duur van de schending toeneemt. Omgekeerd betekent dit dat naarmate systemen kleiner zijn, de kans toeneemt dat processen in de verkeerde richting verlopen.

Net zoals ooit John Brown keek naar de lukrake beweging van pollen veroorzaakt door de botsingen met watermoleculen, volgden de Australische onderzoekers de baan van latexkorrels. Soms, binnen een tijdsbestek van twee seconden, kregen deze korrels een extra zetje van de watermoleculen waardoor hun kinetische energie toenam en de baan veranderde. Evans en zijn collega's berekenden voor vele waarnemingen de entropieverandering gedurende de complete baan van ieder deeltje. Daaruit bleek dat een aanzienlijk deel van de waargenomen korrelbanen niet in overeenstemming was met de tweede hoofdwet.

De resultaten geven aan dat er een limiet is aan hoe klein techniek kan worden gemaakt of de werking van cellen kan worden begrepen. Hoe kleiner nanomachines worden, des te groter de kans dat ze ook omgekeerd werken. Een geruststelling is wellicht dat de waargenomen toename van energie een kortdurend verschijnsel op microscopische schaal is. Hij kan in ieder geval geen perpetuum mobile aandrijven.

Erick Vermeulen