Η κοινή λογική, που διαμορφώνεται από την καθημερινή παρατήρηση των μεγάλων μηχανών, αποτυγχάνει τελείως όταν αποπειραθούμε να την εφαρμόσουμε στο μικρόκοσμο. Είναι ένας ιδιότροπος κόσμος, που κυβερνάται από τις θερμικές και κβαντικές διακυμάνσεις. Ωστόσο, η ζωή ανθεί. Τα κύτταρα μεταφέρουν υλικά, αντλούν ιόντα από το περιβάλλον, συνθέτουν πρωτεΐνες, μετακινούνται από το ένα μέρος στο άλλο. Φτιάχνουν τάξη από την αταξία.

Την τελευταία δεκαετία, οι ερευνητές άρχισαν να καταλαβαίνουν πώς οι ζωντανοί οργανισμοί πετυχαίνουν όλα τα παραπάνω. Η βασική αρχή, που περιγράφεται συχνά σαν αρχή της καστάνιας Μπράουν, δηλώνει ότι ο τυχαίος θερμικός θόρυβος μπορεί να αξιοποιηθεί. Το «κόλπο» βρίσκεται στο ραφινάρισμα του θορύβου, στο φιλτράρισμα της τυχαιότητας που δε θέλουμε, έτσι που να μείνει εκείνο που θέλουμε. Χρησιμοποιώντας τεχνικές της χημείας, οι ερευνητές σχεδιάζουν λιλιπούτειες μηχανές και συσκευές που μπορούν να χειριστούν μόρια ένα προς ένα. Αυτές οι μικροσκοπικές μηχανές μιμούνται εκείνο που κάνουν οι πρωτεΐνες στα ζωντανά κύτταρα. Μετατρέπουν τη χημική ενέργεια σε μηχανικό έργο με απόδοση σχεδόν 100%. Μπορούν να κάνουν συναρμολόγηση μορίων σε μεγαλύτερα, μετατόπισή τους σε μικρή απόσταση, υπολογισμούς χαμηλής κατανάλωσης σε ενέργεια και έλεγχο της ποιότητας των ημιαγωγών. Ισως αποτελούν το πρώτο βήμα για τη μετατροπή της επιστημονικής φαντασίας περί νανοτεχνολογίας σε επιστημονική πραγματικότητα.

Τα μόρια των υγρών βρίσκονται σε διαρκή κίνηση, τόσο πιο έντονη όσο μεγαλύτερη είναι η θερμοκρασία τους. Οι συγκρούσεις των μορίων των υγρών με μικροσκοπικά στερεά σώματα που αιωρούνται μέσα τους προκαλούν τη σπασμωδική κίνηση των τελευταίων, γνωστή ως κίνηση Μπράουν (φαίνεται μόνο με το μικροσκόπιο).

Στο διάσημο έργο του «Διαλέξεις για τη Φυσική», ο μεγάλος φυσικός Ρίτσαρντ Φέιμαν περιέγραψε ένα μηχανισμό που απαρτίζεται από μια καστάνια προσαρμοσμένη σε ένα αναδευτήρα (βλέπε εικόνα). Αν η καστάνια εμπόδιζε τον υδροτροχό να περιστραφεί ανάποδα, οι μοριακές συγκρούσεις θα προκαλούσαν την ακανόνιστη, αλλά ακατάπαυστη περιστροφή του. Μήπως, λοιπόν, πρόκειται για το αεικίνητο, μια μηχανή που θα κινείται συνέχεια, χωρίς να καταναλώνει ενέργεια, καταπατώντας το δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής, σύμφωνα με τον οποίο κάτι τέτοιο είναι αδύνατο; (Η συσκευή δε θεωρείται ότι παράγει ενέργεια από το τίποτα, άρα δεν μπαίνει ζήτημα καταπάτησης και του πρώτου νόμου της θερμοδυναμικής, του νόμου της διατήρησης της ενέργειας.)

Οπως κατέδειξε ο ίδιος ο Φέιμαν, η συσκευή αυτή δε θα μπορούσε να λειτουργήσει χωρίς εξωτερική πηγή ενέργειας. Το ανασχετικό νύχι πρέπει να προσαρμόζεται στον οδοντωτό τροχό της καστάνιας, με τη βοήθεια ενός ελατηρίου που και το ίδιο υπόκειται στο θερμικό θόρυβο (κίνηση Μπράουν). Κατά διαστήματα, ο θόρυβος αυτός θα κάνει το ελατήριο να συσπαστεί, ανυψώνοντας το δόντι και απελευθερώνοντας πρόωρα το μηχανισμό. Εξαιτίας της ασυμμετρίας στη μορφή των δοντιών του γραναζιού, η καστάνια μάλλον θα κάνει ένα κλικ πίσω. Αν ο υδροτροχός και το νύχι βρίσκονται στην ίδια θερμοκρασία, η τάση για κίνηση προς τα μπρος (εξαιτίας των μοριακών συγκρούσεων με τον τροχό) θα εξισορροπείται απόλυτα με την τάση για κίνηση προς τα πίσω (εξαιτίας των μοριακών συγκρούσεων με τον τροχό προς την αντίθετη κατεύθυνση). Παρά την πρώτη εντύπωση, ένα σύστημα με καστάνια σε θερμική ισορροπία δεν πρόκειται να περιστραφεί.

Αυτός ο περιορισμός δεν ισχύει όταν το σύστημα δεν είναι σε θερμική ισορροπία. Αν ο υδροτροχός είναι σε πιο θερμό περιβάλλον από το ελατήριο, η καστάνια θα κινηθεί αντίστροφα της φοράς του ρολογιού, όπως μπορεί να διαισθανθεί κανείς. Αν το ελατήριο είναι σε πιο θερμό περιβάλλον, τότε η καστάνια περιστρέφεται κατά τη φορά των δεικτών του ρολογιού (όσο ασυνήθιστο κι αν είναι αυτό). Κάθε απόκλιση από την ισορροπία έχει σαν αποτέλεσμα την περιστροφή χάρη στην καστάνια. Εκείνος ο εξωτερικός παράγοντας που προκαλεί την έλλειψη θερμικής ισορροπίας, προσφέρει ενέργεια στο σύστημα. Γι' αυτό συστήματα σαν το μηχανισμό του Φέιμαν είναι σύμφωνα με το δεύτερο νόμο της θερμοδυναμικής.

Ηδη σε πολλά ερευνητικά εργαστήρια έχουν κατασκευαστεί μοριακοί κινητήρες ανάλογοι με αυτόν που περιγράφει ο Φέιμαν (αλλά με κατάλληλου σχήματος και χαρακτηριστικών μόρια στη θέση του αναδευτήρα και της καστάνιας). Πρόσφατα πειράματα έδειξαν ότι και μερικές βιολογικές μηχανές λειτουργούν με ανάλογο τρόπο. Ενα παράδειγμα είναι οι αντλίες ιόντων, δηλαδή πρωτεΐνες που αντλούν φορτισμένα σωματίδια, μέσω της κυτταρικής μεμβράνης. Τα ιόντα κανονικά ρέουν από περιοχές μεγαλύτερου προς περιοχές μικρότερου ηλεκτροχημικού δυναμικού, αλλά αυτές οι αντλίες τα μετακινούν προς την αντίθετη κατεύθυνση, διατηρώντας τις απαραίτητες για τη ζωή διαφορές ηλεκτροχημικού δυναμικού. Για τη λειτουργία τους καταναλώνουν ενέργεια υδρολύοντας το αδενοσινοτριφωσφορικό οξύ (ATP), βασικό «καύσιμο» για όλους τους ζωντανούς οργανισμούς.

Αλλο παράδειγμα είναι η κινεσίνη, ένα μόριο - γερανός που μετακινεί πρωτεΐνες μέσα στα κύτταρα. Το μοντέλο Μπράουν για τον τρόπο που λειτουργεί η κινεσίνη διαφέρει ριζικά από το συμβατικό που ίσχυε μέχρι τώρα. Πειράματα που έγιναν έδειξαν ότι οι προβλέψεις του νέου μοντέλου αποδεικνύονται σωστές και το παλιότερο μηχανιστικό μοντέλο, όπου όλα στηρίζονταν στην αλλαγή σχήματος της πρωτεΐνης, είναι λάθος. Το ίδιο αποδείχτηκε και για το μοντέλο λειτουργίας της μυοσίνης και της ακτίνης, πρωτεϊνών που συνεργάζονται για να προκαλέσουν τη σύσπαση των μυϊκών ινών.

Οι επιστήμονες, είτε επί τούτου, είτε προσπαθώντας να βρουν τεχνολογικές λύσεις, εμβαθύνουν τις γνώσεις μας στη βασική θεωρία, καταρρίπτοντας τυχόν αντανακλάσεις της άγνοιάς μας πάνω στη θεώρηση της φύσης, διαπιστώνοντας πάλι και πάλι τον ανεξάντλητο πλούτο των μορφών ύπαρξης και κίνησης της ύλης. Αποδεικνύουν έτσι έμμεσα πόσο λάθος είχαν οι επηρεασμένοι από τον ιδεαλισμό επιστήμονες και αστοί φιλόσοφοι στις αρχές τις περασμένης δεκαετίας, όταν μαζί με το τέλος της ιστορίας (της εξέλιξης της ιστορίας) προέβλεπαν και το τέλος της επιστήμης.