Мит ли е абсолютната нула? Испанец поставя под въпрос границите на физиката и спори с Айнщайн

Ново доказателство опровергава Айнщайн и преосмисля основите на физиката.

Ученият от университета в Севиля Хосе Мартин-Олалия предлага оригинално доказателство, което пряко свързва теоремата на Нернст с основния закон на термодинамиката – принципа на нарастващата ентропия. Работата му е публикувана в The European Physical Journal Plus и според автора не само решава проблема, обсъждан повече от век, но и опровергава становището, направено от самия Алберт Айнщайн.

Теоремата на Нернст е формулирана още през 1905 г. и описва как, когато температурата клони към абсолютната нула, обменът на ентропия между системите също се стреми към нулата. Изследванията в тази област донесоха на Валтер Нернст Нобелова награда за химия през 1920 г. Той твърди, че е невъзможно да се достигне абсолютната нула, защото в противен случай би било възможно да се създаде топлинна машина, която да превръща цялата топлина в работа – в явно противоречие със закона за нарастващата ентропия. Той представя своето доказателство през 1912 г.

Скоро след това обаче Айнщайн отхвърля аргументите на Нернст, като посочва, че описаната идеална машина не може да бъде построена на практика. Следователно нейното хипотетично съществуване не е в състояние да постави под въпрос основния закон на термодинамиката. Той предлага теоремата на Нернст да се разглежда като отделен, трети принцип, несвързан с втория. Този подход сега е поставен под въпрос.

В своето доказателство професор Мартин-Олаглия набляга на два пренебрегнати момента. Първо, формулировката на втория закон на термодинамиката изисква въображаема машина, подобна на тази, описана от Нернст. Второ, тази машина трябва да остане напълно виртуална: тя не консумира топлина, не произвежда работа и не нарушава никакви термодинамични закони. Комбинацията от тези условия води до заключението, че при температури, клонящи към нула, ентропийният обмен изчезва и абсолютната нула наистина е недостижима.

Ученият отбелязва, че важна задача на термодинамиката остава разграничаването на сетивното възприемане на температурата – усещанията за топлина и студ – от строго научното понятие за температурата като физична величина. В дискусията между Нернст и Айнщайн температурата се разглежда само като емпиричен параметър, измерван по отношение на налягането или обема на газа. За разлика от тях съвременният подход разчита на формалната страна на втория закон, при която понятието за температура не е свързано с възприятието, а с идеална машина, чието съществуване е възможно само на теория. Това променя самия възглед за доказателството на теоремата.

В статията се подчертава също така, че единственото общо свойство на материята при приближаване към абсолютната нула, което не може да бъде строго изведено от втория закон, е изчезването на топлинните капацитети, също описано от Нернст. Въпреки това Мартин-Олалия предлага пояснение: самият втори закон вече предполага, че ентропията при абсолютна нула придобива уникална стойност. Добавянето на това, че тази стойност е нула, служи като допълнение, а не като основа за отделен принцип.

Професорът признава, че публикуваното доказателство е само първата стъпка към приемането на новия подход. Той казва, че първите хора, които са се запознали с идеята, са били студентите в неговия курс по термодинамика. Той се надява, че повече хора ще се запознаят с работата, след като тя бъде публикувана, въпреки че признава, че научната общност не приема бързо промените.