Профессор Хосе Мария Мартин-Олалла из Университета Севильи представил научную работу, которая проливает свет на фундаментальный спор в термодинамике, не имевший окончательного решения более ста лет. В своих исследованиях он предлагает новый подход к интерпретации третьего закона термодинамики, исправляя ошибки в выводах Альберта Эйнштейна.
Об этом сообщает ProIT
Обновленная интерпретация закона Нернста
Согласно работе Мартин-Олалы, теорема Нернста, сформулированная Вальтером Нернстом в начале XX века, неразрывно связана со вторым законом термодинамики. Вальтер Нернст, опираясь на экспериментальные наблюдения 1905 года, сделал вывод, что энтропия системы стремится к нулю при температуре, приближающейся к абсолютному нулю. Это соответствовало второму закону термодинамики, который запрещает уменьшение энтропии в замкнутой системе.
Нернст также подчеркивал, что абсолютный нуль температуры недостижим. Если бы это было возможно, теоретически можно было бы создать двигатель, который полностью преобразует тепло в работу, что противоречит фундаментальному принципу термодинамики.
Альберт Эйнштейн поставил под сомнение аргументацию Нернста. Он утверждал, что создание такого двигателя невозможно, поэтому это не приводит к нарушению второго закона термодинамики. Таким образом, Эйнштейн отделил теорему Нернста, определив ее как третий независимый закон термодинамики.
Новое видение и ключевые выводы
Мартин-Олалла указывает, что оба выдающихся ученых не учли важные аспекты. С одной стороны, формализм второго принципа требует существования гипотетической машины, предложенной Нернстом, а с другой — эта машина должна оставаться виртуальной: она не потребляет тепло, не выполняет работу и не ставит под сомнение второй закон. Сочетание этих подходов позволяет прийти к выводу, что обмен энтропией стремится к нулю при снижении температуры, а абсолютный нуль остается недостижимым.
«Фундаментальная проблема термодинамики — отличить ощущение температуры, ощущение тепла и холода от абстрактного понятия температуры как физической величины. В дискуссии между Нернстом и Эйнштейном температура была лишь эмпирическим параметром: условие абсолютного нуля представлялось условием, когда давление или объем газа становились близкими к нулю. Формально второй принцип термодинамики дает более конкретное представление о природном нуле температуры. Идея связана не с каким-то ощущением, а с той машиной, которую вообразил Нернст, но которая должна быть виртуальной. Это радикально меняет подход к доказательству теоремы», — объясняет Хосе Мария Мартин-Олалла.
Ученый также делает вывод, что единственное общее свойство материи вблизи абсолютного нуля, которое не связано со вторым законом термодинамики, заключается в исчезновении теплоемкости — этот феномен был описан Нернстом еще в 1912 году.
По мнению Мартин-Олалы, второй принцип содержит идею уникальности энтропии при абсолютном нуле, а дополнительно — исчезновение удельных теплоемкостей лишь уточняет, что уникальное значение энтропии равно нулю. Это, по его словам, важное дополнение к закону, а не отдельный принцип.
Результаты исследования были опубликованы в журнале The European Physical Journal Plus, открывая новые перспективы для понимания термодинамики на фундаментальном уровне.
