Magie termodynamiky. Kredit: A. Schilling.

Když postavíte šálek s čerstvě uvařenou kávou na stůl, tak tam postupně chladne. Teplota kávy v takovém případě obvykle neklesne pod teplotu stolu. Je to každodenní zkušenost, která těsně souvisí s druhým termodynamickým zákonem, podle něhož teplo může proudit jen od teplejšího objektu ke chladnějšímu.

Jenomže fyzici svoje zákony rádi porušují. Tým švýcarské Universität Zürich vyvinul překvapivě jednoduché zařízení, které je jako termodynamický zázrak. Dokáže přimět teplo, aby dočasně proudilo od chladnějšího objektu k teplejšímu, aniž by k tomu bylo nutné dodávat energii. Chladnější objekt se při tom ještě více ochlazuje. Takový proces na první pohled zásadně porušuje fyzikální zákony.

Andreas Schilling vpravo. Kredit: Universität Zürich.

Jakoby Andreas Schilling a jeho kolegové zcela ignorovali druhý termodynamický zákon. Povedlo se jim ochladit kousek mědi o váze 9 gramů z teploty přesahující 100 °C, znatelně pod pokojovou teplotu. A nepoužili k tomu žádný vnější zdroj energie. Podle Schillinga by jejich zařízení teoreticky mohlo zmrazit vroucí vodu na led, aniž by potřebovalo dodávat energii.

Schilling a spol. ve svém zařízení využili takzvaný Peltierův článek, který se obvykle používá ke chlazení elektroniky v řadě různých aplikací. Funguje tak, že vlastně přeměňuje elektrický proud na teplotní rozdíly. Badatelé vytvořili termální oscilující obvod, v němž proudění tepla mění směr. Doposud tento obvod používali společně se zdrojem energie. Teď to ale dokázali i pasivně, tedy bez vnějšího zdroje energie.

Peltierův článek. Kredit: Bye~commonswiki / Wikimedia Commons.

Jak Schilling s kolegy zdůrazňují, jejich experiment ve skutečnosti samozřejmě neporušuje druhý termodynamický zákon. Když badatelé sledovali celkovou entropii jejich systému, tak v průběhu času vzrůstala, přesně jak požaduje zmíněný termodynamický zákon. Schillingův tým dosáhl jen asi 2 °C rozdílu teploty oproti teplotě okolí. Bylo to prý způsobeno hlavně technologickým omezením použitého komerčního Peltierova článku: Schilling je přesvědčen, že by se stejný postupem a za stejných podmínek bylo s „ideálním“ Peltierovým článkem možné dosáhnout až mínus 47 °C. Jejich technologie zvládne ochladit jak horké pevné látky, tak i kapaliny nebo plyny, aniž by k tomu potřebovala dodatečnou energii.

Technologie ochlazování bez energie funguje. Do praktického využití má ale podle Schillinga ještě hodně daleko. Jedním z hlavních důvodů je to, že soudobé Peltierovy články nejsou příliš účinné. Zařízení rovněž využívá supravodivé materiály, aby nedocházelo ke ztrátám elektrického proudu. Pokud se ale vědcům a inženýrům postupně podaří technologii vyladit, tak by se mohla dočkat mnoha pozoruhodných aplikací.

Literatura
Universität Zürich 19. 4. 2019, Science Advances 5: eaat9953.