Професор Хосе Марія Мартін-Олалла з Університету Севільї представив наукову роботу, яка проливає світло на фундаментальну суперечку у термодинаміці, що не мала остаточного вирішення понад століття. У своїх дослідженнях він пропонує новий підхід до трактування третього закону термодинаміки, виправляючи помилки у висновках Альберта Ейнштейна.
Про це розповідає ProIT
Оновлене трактування закону Нернста
Згідно з роботою Мартіна-Олалли, теорема Нернста, сформульована Вальтером Нернстом на початку XX століття, невід’ємно пов’язана з другим законом термодинаміки. Вальтер Нернст, спираючись на експериментальні спостереження 1905 року, зробив висновок, що ентропія системи прямує до нуля при температурі, що наближається до абсолютного нуля. Це відповідало другому закону термодинаміки, який забороняє зменшення ентропії у замкненій системі.
Нернст також підкреслював, що абсолютний нуль температури недосяжний. Якщо б це було можливо, теоретично можна було б створити двигун, який повністю перетворює тепло на роботу, що суперечить фундаментальному принципу термодинаміки.
Альберт Ейнштейн поставив під сумнів аргументацію Нернста. Він стверджував, що створення такого двигуна неможливе, тож це не призводить до порушення другого закону термодинаміки. Таким чином, Ейнштейн відокремив теорему Нернста, визначивши її як третій незалежний закон термодинаміки.
Нове бачення та ключові висновки
Мартін-Олалла вказує, що обидва видатні науковці не врахували важливі аспекти. З одного боку, формалізм другого принципу вимагає існування гіпотетичної машини, запропонованої Нернстом, а з іншого — ця машина має залишатися віртуальною: вона не споживає тепла, не виконує роботи і не ставить під сумнів другий закон. Поєднання цих підходів дозволяє дійти висновку, що обмін ентропією прямує до нуля при зниженні температури, а абсолютний нуль залишається недосяжним.
«Фундаментальна проблема термодинаміки — відрізнити відчуття температури, відчуття тепла та холоду від абстрактного поняття температури як фізичної величини. У дискусії між Нернстом і Ейнштейном температура була лише емпіричним параметром: умова абсолютного нуля представлялася умовою, коли тиск чи обсяг газу ставали близькими до нуля. Формально другий принцип термодинаміки дає більш конкретне уявлення про природний нуль температури. Ідея пов’язана не з якимось відчуттям, а з тією машиною, яку уявив Нернст, але яка має бути віртуальною. Це радикально змінює підхід до доказу теореми», — пояснює Хосе Марія Мартін-Олалла.
Вчений також робить висновок, що єдина загальна властивість матерії поблизу абсолютного нуля, яка не пов’язана з другим законом термодинаміки, полягає у зникненні теплоємності — цей феномен був описаний Нернстом ще 1912 року.
На думку Мартіна-Олалли, другий принцип містить ідею унікальності ентропії при абсолютному нулі, а додатково — зникнення питомих теплоємностей лише уточнює, що унікальне значення ентропії дорівнює нулю. Це, за його словами, важливий додаток до закону, а не окремий принцип.
Результати дослідження були надруковані у журналі The European Physical Journal Plus, відкриваючи нові перспективи для розуміння термодинаміки на фундаментальному рівні.
