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布朗棘轮(Brownian ratchet),又称费曼棘轮,由波兰物理学家玛丽安·斯莫卢霍斯基于1912年提出的永动机构想[1],因物理学家理查德·费曼于1962年的讲座中传播开来[2]。
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如图,一个浸在水中的桨轮上连接一个微小的棘轮。因棘轮只能单方向转动,由于分子的布朗运动,当分子随机与桨轮碰撞时,桨轮只能往一个方向转,而且可用来做功,例如举起一个小砝码。 这样一来只要使用简单的棘轮,像是用掣子(pawl)咬住齿轮,就可以让桨轮永远转动下去。
但费曼自己证明了他的布朗棘轮必须要有一个微小的掣子,能随分子的碰撞而动。当棘轮和掣子的温度与水相同时,这个微小的掣子三不五时就会失效,而无法产生净移动。当温度低于水温时,桨轮就有可能只往一个方向转动,此时耗的能来自于温度梯度,并未违反热力学第二定律。
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