科學家打造「賭博式引擎」：熱力學老規矩，也許要重寫了？

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

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」。

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首圖來源：Édgar RoldánBY 4.0)

圖片來源：Physical Review Letters(CC BY 4.0)

參考論文：
1、Gambling Carnot EnginePhysical Review Letters

延伸閱讀：
1、物理學家藉由重新定義「熵」解決「量子力學」與「熱力學」的矛盾