Професор по физика от Университета в Севиля се е заел с проблем в термодинамиката, който съществува от повече от век, като предлага ново доказателство, което оспорва идея, изказана някога от Алберт Айнщайн.

Изследването на Хосе Мария Мартин Олала, публикувано в The European Physical Journal Plus, се фокусира върху теоремата на Нернст за топлината. Тази теорема, формулирана за пръв път през 1905 г., гласи, че с приближаването на температурата към абсолютната нула, обменът на ентропия (мярка за безредие) също се приближава към нула. В статията си Мартин Олала показва, че теоремата може да бъде доказана само с помощта на втория закон на термодинамиката, който гласи, че ентропията на вселената винаги се увеличава.

Доказателството дефинира условието T=0 с помощта на нещо, наречено термометър на Карно. Този начин на дефиниране на абсолютната нула не зависи от това дали специфичните топлини изчезват или дали абсолютната нула може да бъде достигната на практика. Според изследването този подход разширява обхвата на втория закон и стеснява третия постулат на термодинамиката до едно твърдение: ентропията на тяло с крайна плътност и химически хомогенно състояние не може да бъде отрицателна.

Дебатът относно теоремата на Нернст започна в началото на 20 век, когато учените изучаваха поведението на материята в близост до абсолютната нула (-273 °C). Валтер Нернст, носител на Нобелова награда за химия за 1920 г., твърдеше през 1912 г., че абсолютната нула никога не може да бъде достигната. Той казва, че ако това беше възможно, някой би могъл да конструира машина, която използва абсолютната нула като охладител, за да превърне цялата топлина в работа, което би нарушило правилото за нарастващата ентропия.

Айнщайн не е съгласен, като казва, че такава машина никога не би могла да бъде конструирана в реалността, така че не представлява заплаха за втория закон. Той отделя теоремата на Нернст от втория закон и я свързва с трети, независим принцип.

Доказателството на Мартин Олала връща хипотетичната машина в дискусията, но с една разлика. Той казва, че вторият закон изисква машината да съществува във „виртуална“ форма, което означава, че тя не би консумирала топлина, не би произвеждала работа и не би нарушавала никакви термодинамични правила. Комбинирането на това с дефиницията на термометъра на Карно води до заключението, че ентропийните обмени се доближават до нула, когато температурата се доближава до абсолютната нула, и че абсолютната нула не може да бъде достигната.

„Фундаментален проблем в термодинамиката е разграничаването на усещането за температура, усещанията за топло и студено, от абстрактното понятие за температура като физическа величина“, казва Мартин Олала. „Формално, вторият закон на термодинамиката дава по-конкретна представа за това какво е естествената нула на температурата. Идеята не е свързана с никакво усещане, а с машината, измислена от Нернст, която обаче трябва да бъде виртуална. Това променя коренно подхода към доказването на теоремата.“

Проучването също така посочва, че единственото общо свойство на материята в близост до абсолютната нула, което не е свързано с втория закон, е изчезването на топлинните капацитети, отбелязано от Нернст през 1912 г. Мартин Олала нарича това „по-скоро важно допълнение, отколкото нов принцип“.

Той каза, че неговите студенти по термодинамика са били първите, които са видели доказателството. „Надявам се, че с тази публикация доказателството ще стане по-известно, но знам, че академичният свят има голяма инерция“, завършва той.

Снимка: Unsplash

Виж още: NASA откри потенциални признаци за древен живот на Марс: Най-силното доказателство, че планетата е била нечий дом