Un nuevo motor logra lo imposible y rompe los límites de la física: eficiencia 100%

Un equipo de científicos afirma haber desarrollado un motor que rompe con más de dos siglos de entendimiento de las Leyes de la Termodinámica que rigen la física desde los tiempos de Isaac Newton. Lo llaman "Gambling Carnot Engine" —que puede traducirse de forma literal como motor del azar de Carnot— y, según el investigador principal del estudio publicado en el prestigioso diario científico Physical Review Letters, consigue el 100% de eficiencia sin romper la segunda ley de la termodinámica gracias al funcionamiento de los procesos físicos a escala microscópica.

Según Roldán, el término 'gambling' es porque se parece a la manera en que la gente juega al blackjack: se toman decisiones en tiempo real, dependiendo del azar y del estado del sistema, para maximizar la ganancia. "El motor utiliza el azar, como en una partida de cartas, pero siguiendo siempre criterios estrictos y medidas de retroalimentación en tiempo real", aclara Roldán desde el Centro Internacional Abdus Salam de Física Teórica a la publicación Phys.org.

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Fluctuaciones térmicas naturales

La clave de este avance está en que el motor no trabaja con vapor ni grandes pistones, sino con una minúscula partícula de plástico suspendida en agua, atrapada y movida por rayos láser. A diferencia de los motores clásicos, el Gambling Carnot Engine se aprovecha de las fluctuaciones térmicas naturales que provocan que las partículas microscópicas se muevan aleatoriamente. El sistema observa constantemente la posición de la partícula y, cuando se produce el evento adecuado —que la partícula cruce el centro de la trampa láser antes de un tiempo límite—, el ciclo salta automáticamente a la siguiente fase, permitiendo que se extraiga trabajo sin coste energético adicional.

Este aprovechamiento del azar se inspira en la paradoja de Maxwell, usando un “demonio” o controlador externo. La máquina puede elegir el momento óptimo para intervenir, exactamente como el jugador de blackjack elige cuándo plantarse o pedir carta para ganar más con cada mano. El resultado es que, en el límite de ciclos muy lentos y con suficiente control sobre el sistema, el motor convierte toda la energía térmica absorbida en trabajo útil, alcanzando el teórico 100% de eficiencia.

Ahora bien, el truco está en cómo se mide la eficiencia. Roldán y su equipo explican que su sistema respeta las leyes de la física clásica y que solo hablando del proceso estrictamente térmico, sin contar el gasto en procesar la información necesaria, se puede superar el famoso límite de Carnot. "Si añadimos al cálculo el coste de borrar o procesar toda la información recogida, entonces el rendimiento total vuelve a respetar los límites clásicos", señala el investigador.

Escala microscópica

En términos prácticos, esta tecnología estaría limitada, por ahora, a aplicaciones a escala microscópica, como la creación de nanomáquinas o motores diminutos en laboratorios y en medicina. Pero el hecho de que los experimentos y simulaciones se hayan realizado con parámetros reales sugiere que podríamos ver prototipos funcionales dentro de poco. El principal reto, según explican los autores, será desarrollar sistemas de detección y control a frecuencias superiores a 100.000 medidas por segundo para aplicar la estrategia óptima.

Si este paradigma se confirma en el laboratorio, la posibilidad de obtener motores o generadores que aprovechen mejor el desorden microscópico podría revolucionar la eficiencia de dispositivos a nanoscala, desde sistemas biomédicos hasta sensores inteligentes. "Nuestras ideas son una prueba de concepto. Pero apuntan a una nueva generación de nanomáquinas eficientes que desafían los límites clásicos, inspirando diseños realistas allí donde antes parecía imposible", concluye Roldán.