مترجم: فرید احسانلو
منبع:راسخون
منبع:راسخون
لوله‌ای را که یک طرف آن بسته است با گازی پر کنید و طرف دیگر را با یک پیستون ببندید و پیستون را در داخل لوله بالا و پایین ببرید. اتفاقی که می‌افتد دقیقاً همان است که انتظار می‌رود، یعنی بدنۀ لوله گرم می‌شود. اما، وقتی یک دسته ورقه‌های عایق گرما را که حدود یک میلی‌متر با یکدیگر فاصله دارند در نزدیکی طرف بسته شده لوله قرار بدهیم و پیستون را در بسامدهای اکوستیکی به نوسان درآوریم، اتفاقی که می‌افتد تعجب‌آور است. آن قسمت از عایق‌ها که به پیستون نزدیک‌تر است (یعنی جایی که حرکت گاز و گرم‌شدن ناشی از ویسکوزیته بیشینه است) سرد می‌شود، درحالی‌که، طرف مقابل گرم می‌شود و اگر دسته عایق‌ها از لحاظ گرمایی منزوی شده باشد، اختلاف دمای زیادی، شاید 100°C، در ظرف چند دقیقه بین دو طرف دسته عایق‌ها به‌وجود می‌آید. تولید یک چنین اثر گرمایی، درحالی‌که فقط یک قسمت حرکت می‌کند، هم قابل‌توجه است و هم بالقوه قابل استفاده.
اهمیت این موضوع از دیدگاه علمی، این است که در این وسیلۀ آکوستیکی، اصول کلی یک نوع ماشین حرارتی چرخه‌ای جدید مطرح می‌شود. این ماشین‌ها می‌توانند از هر مادۀ مناسبی به عنوان مادۀ فعال گرمایی استفاده کنند که در این مواد چرخۀ گرمایی را طبیعتاً عواملی مثل ترکیب هندسی و اتصالات ناقص گرمایی تعیین می‌کنند. در زمینۀ گرما، و به‌خصوص ماشین‌های حرارتی، اگر فکر کنیم که چیز تازه‌ای پیدا کرده‌ایم قدری جسورانه عمل کرده‌ایم. لذا، شاید بهتر باشد بگوییم که آزمایش‌های آکوستیکی به شناخته‌شدن اصلی منجر شده‌اند که اعتبار کلی دارد! اخیراً متخصصان آزمایشگاه ملی «لوس‌آلاموس» به پیشرفت‌هایی در زمینۀ ساختن مدل عملی یک «ماشین حرارتی ذاتاً بازگشت‌ناپذیر» نائل شده‌اند. گو این‌که واژۀ «ماشین حرارتی» یادآور ماشین بخار است، ولی در این‌جا دستگاهی را وصف می‌کند که در آن مفاهیم گرما، کار، انرژی و دما اهمیت دارند. از بعضی از ماشین‌های حرارتی، مثل ماشین بخار کلاسیک، برای تبدیل گرما به کار استفاده می‌کنند. برخی دیگر، مثل تلمبۀ گرمایی و یخچال، را برای انتقال حرارت از محلی سرد به محلی گرم به کار می‌برند. آزمایش‌های «لوس‌آلاموس» تا کنون از روش تلمبه‌کردن آکوستیکی استفاده کرده‌اند، گو این‌که، با استفاده از یک اختلاف دمای زیاد، علی‌الاصول می‌شود همان وسایل را برای مُد «گرماـبه ـسرما» به‌کاربرد.
می‌توان به‌جای عبارت «ذاتاً بازگشت‌ناپذیر» از واژۀ «طبیعی» استفاده کرد. «بازگشت‌پذیر» و «بازگشت‌ناپذیر» اصطلاحات ترمودینامیکی‌اند و برای توضیح این امر به‌کارمی‌روند که آیا با یک تغییر بی‌نهایت کوچک در عوامل یک فرآیند به‌خصوص، مثل حرکت یا انتقال گرما، مسیر پیشرفت خود فرآیند معکوس می‌شود یا خیر. ماشین بازگشت‌پذیر ایده‌آل «سادی‌کارنو» (1824/1203) کاراترین ماشین حرارتی ممکنی است که می‌تواند بین دو دما کار کند. اما، هیچ موتور واقعی که با یک زمان چرخۀ متناهی کار می‌کند نمی‌تواند واقعاً بازگشت‌پذیر یاشد. لذا، تمام موتورهای واقعی بازگشت‌ناپذیرند. وجه تمایز موتور «لوس‌آلاموس» این است که باید با یک دورۀ متناهی عمل کند و اگر فرآیندها بازگشت‌پذیر شوند، موتور به کلی از کار می‌افتد؛ و به همین دلیل «ذاتاً بازگشت‌ناپذیر» نامیده شده است.
در ماشین آکوستیکی، فرآیند بازگشت‌ناپذیر رسانش گرما یا تأخیر گرمایی، مفهوم فاز یا تنظیم وقت را برای ماشین مطرح می‌سازد. تنظیم وقت در یک موتور بنزینی به معنای ایجاد جرقه در زمانی است که پیستون در نزدیکی نقطۀ مرگ بالا قرار می‌گیرد.
تأخیر گرمایی در یک ماشین آکوستیکی نیز واقعاً همان کار را می‌کند، با این تفاوت که در این‌جا موضوع پیستون از خارج کنترل می‌شود.
در ماشین آکوستیکی، تبادل گرما بین گاز و دستۀ ورقه‌ها (یا در حقیقت، هر محیط متخلخل و مناسب دیگر) برای عمل‌کردن آن ضروری است. این خاصیت در ماشین «ذاتاً بازگشت‌پذیر» «رابرت استرلینگ» (1816/1195) نیز وجود دارد. و بالاخره، چیزی که برای سرد و گرم کردن اولیه لازم است، تغییر سریع تماس گرمایی بین گاز و ورقه‌هاست، درحالی‌که گاز در انتهای ورقه‌ها به داخل و خارج نوسان می‌کند. این را نمونه‌ای از «تقارن شکستۀ ترمودینامیکی» می‌نامیم.
بدین ترتیب، اگر با تغییر جهت سریع حرکت متقابل دو محیط فعال گرمایی که در تماس ناقص با یکدیگر هستند، تغییرات گرمایی ایجاد کنید، و بتوانید تقارن ترمودینامیکی را بشکنید، اثر جالب و احتمالاً مفیدی در ماشین گرمایی ذاتاً برگشت‌ناپذیر خود به‌وجود خواهید آورد.
