Воскова фігура Альберта Ейнштейна у музеї мадам Тюссо у Стамбулі/Depositphotos
Профессор Хосе Мария Мартин-Олалла из Университета Севильи в своей новой работе решает проблему термодинамики, которая оставалась нерешенной в течение 120 лет и исправляет Альберта Эйнштейна.
В своем исследовании Хосе Мария Мартин-Олалла демонстрирует, что теорема Нернста неразрывно связана со вторым законом термодинамики вопреки тому, что утверждал Эйнштейн. В основе теоремы Вальтера Нернста лежит экспериментальное наблюдение, проведенное им в 1905 году. По его результатам Нернст сделал вывод, что энтропия стремится к нулю, когда температура приближается к нулю, в соответствии со вторым законом термодинамики.
Нернст утверждал, что абсолютный ноль должен быть недостижимым. В противном случае теоретически возможно было бы сконструировать двигатель, который бы использовал абсолютный ноль в качестве охладителя для преобразования всего тепла в работу, что нарушает принцип постоянного роста энтропии.
Однако Альберт Эйнштейн подверг сомнению аргументы Нернста, заявив, что такой двигатель невозможно построить и поэтому речь не может идти о нарушении второго закона термодинамики. Эйнштейн отделил теорему Нернста от второго закона термодинамики и сформулировал как третий независимый закон.
По словам Хосе Марии Мартина-Олаллы, и Нернст и Эйнштейн пренебрегли двумя важными нюансами. Формализм второго принципа термодинамики, с одной стороны, требует существования машины, предложенной Нернстом, и, с другой стороны, чтобы эта машина была виртуальной, не потребляющей тепла, не выполняющей работы и не ставящей под сомнение второй принцип. Сочетание обеих идей позволяет нам прийти к выводу, что обмен энтропией стремится к нулю, когда температура стремится к нулю, и что абсолютный ноль недостижим.
«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 естественном нуле температуры. Идея связана не с каким-то ощущением, а с той машиной, которую представил Нернст, но которая должна быть виртуальной. Это радикально меняет подход к доказательству теоремы», — объясняет Хосе Марии Мартина-Олалла.
Мартин-Олалла также приходит к выводу, что единственным общим свойством материи близко к абсолютному нулю, не связанным со вторым законом термодинамики, является исчезновение теплоемкостей, также описанное Нернстом в 1912 году.
«Второй принцип содержит идею о том, что энтропия уникальна при абсолютном нуле. Исчезновение удельных теплоемкостей только добавляет, что это уникальное значение равно нулю. Это больше похоже на важное приложение, чем на новый принцип», — отмечает Мартин Олалла.
Результаты исследования были опубликованы в журнале The European Physical Journal Plus
Источник: SciTechDaily