德國斯圖加特大學和馬普學會(hui) 智能係統研究所的研究人員正在研究微米尺度上的熱力發動機，他們(men) 已經開發出世界上最小的蒸汽機，更精確的說是最小的斯特林發動機，相關(guan) 研究成果已經發表於(yu) 近期的《Nature Physics》雜誌網絡版。

　　經過全麵的考慮，他們(men) 還確定這種發動機能夠實際操作。盡管截至目前還沒有投入使用，但斯圖加特大學的研究人員已經開展了一些試驗工作來顯示實際的基本工作情況。這意味著，理論上不存在建造高效的小型熱力發動機的障礙。

　　和微觀尺度技術相比，大規模利用的技術可能會(hui) 引起意想不到的問題。基於(yu) 微觀和宏觀世界不同的準則，這可能是一個(ge) 基本性質。盡管準則不同，但大規模和小規模尺度上的一些物理過程有著驚人的類似之處。斯圖加特大學教授也是馬普學會(hui) 智能係統研究所的研究員Clemens Bechinger和他的同事Valentin Blickle已經觀察到這些相似點中的其中一點。

　　微觀世界的準則決(jue) 定，研究人員無法根據常規尺度的藍圖來構建微小的發動機。Valentin Blickle提到，他們(men) 已經成功地將熱力發動機的重要組成部分（如工作氣體(ti) 和活塞）縮減到隻有幾微米，然後將它們(men) 組裝到一台機器中。在斯圖加特的實驗中，工作氣體(ti) 不再由無數分子組成，而是由一個(ge) 個(ge) 隻有3微米的塑料珠浮在水中，由於(yu) 膠體(ti) 粒子比原子大約10000倍，研究人員可以直接在顯微鏡下觀察它的運動。

　　物理學家通過一種聚焦激光束（其強度定期變化），取代了在氣缸中上下往複運動的活塞。激光的光場力來限製塑料粒子的運動強度，就像熱力發動機汽缸中氣體(ti) 的壓縮和膨脹。然後，粒子在激光場工作。為(wei) 了使壓縮和膨脹階段不停止工作，這些必須在不同的溫度下進行。在膨脹過程，係統需要外部供熱，就像蒸汽機的鍋爐。研究人員進一步用一種激光束取代了老式蒸汽機的火力供熱，而且可以在關(guan) 閉後迅速降溫。

　　事實上，斯圖加特機器上塑料珠周圍環繞的水分子在運動中不斷與(yu) 微粒碰撞。在這些隨機碰撞中，塑料粒子不斷地與(yu) 周圍交換能量來通過這種能量做功。Valentin Blickle解釋到，這種效果就是通過不同周期循環獲得的能量也大有不同。

　　但是，物理學家們(men) 驚奇地發現，盡管這種發動機功率不同，但平均起來每個(ge) 循環產(chan) 生的能量一樣多，甚至可以和宏觀滿負荷情況下一樣的效率運行。Clemens Bechinger提到，他們(men) 的實驗提供一個(ge) 微觀發動機運行時能量守恒的初步觀點。雖然他們(men) 的機器還不能提供任何有用的工作，但原則上沒有熱力學障礙。這對設計可靠的、高效的微型機械無疑是一個(ge) 好消息。