Secara teknis, mesin merupakan perangkat yang mengubah suatu bentuk energi menjadi energi mekanik. Berpegang pada definisi tersebut, para fisikawan memanfaatkan hukum-hukum aneh fisika mikroskopis dan menciptakan mesin terpanas yang pernah ada—yang kebetulan juga merupakan mesin terkecil yang pernah dibuat.
Dalam sebuah makalah mendatang untuk Physical Review Letters, para peneliti mendeskripsikan sebuah mesin mungil yang dimasukkan ke dalam partikel mikroskopis yang terperangkap dalam kondisi elektrik limbo. Dengan konfigurasi ini, mesin tersebut dilaporkan mencapai suhu 10 juta Kelvin, atau sekitar 18 juta derajat Fahrenheit—lebih dingin daripada inti Matahari (27 juta derajat F) tetapi jauh lebih panas daripada koronanya (hingga 3,5 juta derajat F).
“Dengan memahami termodinamika pada tingkat yang tidak intuitif ini, kita dapat merancang mesin yang lebih baik di masa depan serta eksperimen yang menantang pemahaman kita tentang alam,” ujar Molly Message, penulis utama studi dan mahasiswa PhD di King’s College London (KCL) di Inggris, dalam sebuah pernyataan.
Aturan Menjadi Aneh di Dunia Mikroskopis
Dalam mesin ini, elektroda menjebak dan melayangkan partikel mikro tersebut dalam konfigurasi mendekati vakum yang disebut perangkap Paul. Ketika para peneliti menerapkan tegangan berisik ke elektroda, partikel tersebut mulai bergoyang dengan agresif, menyebabkan kenaikan suhu yang eksponensial bagi sistem secara keseluruhan.
Hasilnya cukup menarik. Menurut para peneliti, mesin tersebut berfluktuasi antara menjadi sangat efisien hingga secara terang-terangan melawan hukum dasar termodinamika. Dalam beberapa siklus, daya keluaran mesin melebihi energi yang dikonsumsinya.
Di waktu lain, mesin secara acak mendingin ketika dikenai kondisi yang seharusnya membuatnya lebih panas. Hal ini kemungkinan disebabkan oleh kekuatan-kekuatan tak terlihat yang berperan, mengingat ukuran sistem yang sangat kecil, catat para peneliti.
“Kami dapat melihat semua perilaku termodinamika aneh ini, yang sepenuhnya intuitif jika Anda adalah bakteri atau protein, tetapi sama sekali tidak intuitif jika Anda adalah seonggok daging besar seperti kita,” jelas James Millen, penulis senior studi dan seorang fisikawan di KCL, kepada New Scientist.
Aplikasi Masa Depan?
Karena ukurannya yang kecil, mesin ini mungkin tidak akan berakhir di mobil atau peralatan rumah tangga, setidaknya dalam waktu dekat. Sebaliknya, para peneliti membayangkan aplikasi yang lebih teoretis untuk pembangkit tenaga kecil mereka. Misalnya, perangkap ini ideal untuk mensimulasikan fenomena mikroskopis lainnya, seperti cara protein melipat di dalam tubuh kita, yang menggerakkan berbagai proses metabolisme.
“Protein terlipat dalam milidetik, tetapi atom-atom [yang] menyusunnya bergerak dalam nanodetik,” jelas Jonathan Pritchett, rekan penulis studi dan peneliti pascadoktoral di KCL, dalam pernyataannya. “Perbedaan skala waktu ini membuatnya sangat sulit untuk dimodelkan oleh komputer. Dengan hanya mengamati bagaimana partikel mikro bergerak dan menyusun serangkaian persamaan berdasarkan itu, kita menghindari masalah ini sepenuhnya.”
Itu hanyalah satu contoh dari sekian banyak, tambah para peneliti. Seperti yang ditunjukkan mesin ini, fisika dunia mikroskopis bekerja dengan cara-cara yang misterius—misteri yang mungkin memerlukan alat-alat mikroskopis untuk memecahkannya.