Första motorn som går av sig själv

Tänk en motor som inte behöver vare sig bränsle eller energi utifrån utan drivs av energin som finns i mikrokosmos precis överallt, alltså även i motorn. Utopiskt? Inte nu längre. Forskare i Japan och Kina har lyckats bygga sådana. 

Det är lika häpnadsväckande som det låter, men det ska genast sägas att det handlar om extremt liten skala och att vägen till praktisk användning är mycket lång. 

Som bekant ägnas en hel del politisk kraft åt att lösa ”energiproblemen” genom att se till att det finns tillräckligt med kraftverk, bränsle och ledningar. Men energi är inte en vara. Allt består av det. 

Problemen vore lösta om vi kunde lära oss att skörda den outsinliga grundenergin omkring oss, i kvantvärlden. Den upptäcktes för hundra år sedan, men det är först i vår tid vi börjat förstå hur vi kan ta hjälp av den. 

Den första kvantdatorn konstruerades av tre amerikaner 1998, och den första kommersiella varianten, D-Wave One, lanserades 2011. Nu är det dags för motorer som utnyttjar kvantmekanikens besynnerliga egenskaper för att framkalla mekanisk rörelse. 

Forskare i Japan lyckades 2023 skapa en kvantmotor som utnyttjade det komplicerade samspelet mellan elementarpartiklarna fermioner och något som heter Bose-Einstein-kondensat. 

Det senare är ett slags kvant-förstoringsglas som får atomer att tappa sin identitet och bete sig som en vågfunktion. Kondensatet betraktas som materiens femte aggregationstillstånd efter gas, vätska, fast form och plasma. 

Nu har kinesiska forskare byggt samma "apparat" men på ett annat sätt. De valde att försöka utnyttja ett mer välbekant kvantfenomen, det som kallas sammanflätning, eller intrassling. 

Kvantsammanflätning innebär att två partiklar (eller det vi beskriver som partiklar men egentligen är förtätning av vibration) beter sig som en och samma. De är i en så kallad superposition. En förändring i den ena avspeglas omedelbart i den andra, oavsett hur långt ifrån varandra de befinner sig. 

I den kinesiska studien användes kalciumjoner, som fångats i en ”jonfälla”. Den lilla motor som skapades utnyttjade en termodynamisk process som inträffar när partiklar övergår från ursprungligt till starkt intrasslat tillstånd. 

Enligt forskarna visar försöket att kvantmotorer kan drivas av sina egna sammanflätade tillstånd. 

– Det bekräftar att sammanflätning kan tjäna som ett slags bränsle, säger Zhou Fei, en av studiens författare, till South China Morning Post. 

Ingen av de kvantmotortyper som hittills skapats har högre effektivitet än 25 procent, och de behöver temperaturer nära den absoluta nollpunkten för att fungera. Men det kinesiska teamet analyserade över 10.000 experiment med kalciumjonerna och fann att effektiviteten ökar ju högre graden av sammanflätning är. 

Med ytterligare utveckling skulle kvantmotorer i ett första skede exempelvis kunna driva sina äldre kusiner kvantdatorerna. 

Det vi kallar elementarpartiklar – kvarkar, elektroner, fotoner, neutriner och alla de andra – är egentligen lokala ”förtätningar” i elektromagnetiska kvantfält som upptar varje uns av universum och som ständigt fluktuerar och interagerar med varandra. Där fälten vibrerar med tillräckligt mycket energi uppstår det vi mäter som partiklar. 

Fälten är i vibration även när de inte skapar partiklar. Den här vakuumenergin – universums basresonans – kallas också nollpunktsenergin. I det existerande universum finns alltså inte ”ingenting”. Det vi tror är tomrum är packat med energi. 

***

Läs även: Klimatalarmismen kan snart vara ett minne blott

Läs även: Larm om torka saknar vetenskapligt stöd