text: 31.03.2014 - (idw) Universität Wien
  Objekte mit Größen von wenigen Nanometern, z.B. molekulare Bausteine lebender Zellen oder nanotechnologische Elemente, sind laufend zufälligen Zusammenstößen mit den sie umgebenden Molekülen ausgesetzt. In diesem mikroskopisch kleinen Umfeld werden die fundamentalen Gesetze der Thermodynamik, die unsere makroskopische Alltagswelt bestimmen, neu geschrieben. Ein Team von Forschern aus Barcelona, Zürich und Wien entdeckte nun, wie ein mit Laserlicht gefangenes Nanoteilchen den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik verletzt ein Umstand, der auf einer menschlichen Zeit- und Längenskala unmöglich ist. Die Wissenschafter berichten dazu im namhaften Journal "Nature Nanotechnology". Überraschung auf der Nanoskala
  Wenn wir einen rückwärts abgespielten Film ansehen, bringen uns die unerwarteten und scheinbar mysteriösen Vorgänge oft zum Lachen: Schnee kann sich aus einer Wasserpfütze in der Sonne bilden und solange stetig wachsen, bis ein kompletter Schneemann erscheint, so als würde er von einer unsichtbaren Hand geformt werden. Solche Szenen vermitteln uns aufgrund unserer Alltagserfahrung, dass irgendetwas nicht mit rechten Dingen zugehen kann. Tatsächlich gibt es in der Natur viele Prozesse, die man nicht umkehren kann. Das physikalische Gesetz, das dieses irreversible Verhalten beschreibt, ist der berühmte zweite Hauptsatz der Thermodynamik, der auf den österreichischen Physiker Ludwig Boltzmann zurückgeht. Er besagt, dass sich die Entropie eines Systems ein Maß für dessen Unordnung niemals spontan verringern kann und daher die Unordnung (hohe Entropie) gegenüber der Ordnung (niedrige Entropie) bevorzugt wird.
  In der Falle wird die Nanokugel durch Zusammenstöße mit den sie umgebenden Gasmolekülen herumgeschüttelt. Mithilfe einer cleveren Manipulation der Laserfalle kühlten die Wissenschafter die Nanokugel auf eine geringere Temperatur als die des umgebenden Gases ab das Nanoteilchen befand sich daher nicht mehr in einem thermischen Gleichgewicht. Nach Abschalten der Kühlung beobachteten die Wissenschafter, wie sich das Nanoteilchen durch die Energieübertragung der Gasmoleküle erwärmte und wie es so aus dem Nichtgleichgewicht wieder in ein thermisches Gleichgewicht überging. Dabei stellten die Forscher fest, dass die winzige Glaskugel sich manchmal, wenn auch selten, nicht so verhielt, wie man es nach dem zweiten Hauptsatz erwarten würde: Gelegentlich gab die Nanokugel auch Energie an die wärmere Umgebung ab, anstatt Wärme von ihr aufzunehmen. Die von den Forschern zur Auswertung ihres Experiments hergeleitete Theorie steht in bestem Einklang mit der allgemeinen Vorstellung, welche Grenzen der zweite Hauptsatz auf der Nanoskala erfährt.
  uniprotokolle > Nachrichten > Sag niemals nie in der Nano-Welt: Ungewöhnliche Wärme-Übertragung von kalten zu warmen Nanoteilchen
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