Эйнштейн ошибся: найден ключ к недостижимой температуре

Новое исследование, опубликованное в научном журнале The European Physical Journal Plus, ставит под сомнение устоявшиеся представления о законах термодинамики и предлагает пересмотреть теорию, связанную с именем Альберта Эйнштейна.

Работа, проведённая профессором Севильского университета Хосе Мартином-Олаллой, затрагивает проблему, которая оставалась нерешённой на протяжении 120 лет, начиная с момента формулировки теоремы Нернста, известной как третий закон термодинамики.

Согласно выводам исследования, теорема Нернста, сформулированная в 1905 году, утверждает, что при приближении температуры к абсолютному нулю (-273 °C) обмен энтропией стремится к нулю. Этот принцип был связан с другим фундаментальным законом — вторым законом термодинамики, который гласит, что в изолированной системе энтропия со временем увеличивается, что применимо и к масштабам всей Вселенной.

Проблема, связанная с теоремой Нернста, возникла ещё в прошлом столетии, когда учёные изучали поведение материи при экстремально низких температурах. Нернст считал, что достичь абсолютного нуля невозможно, так как это позволило бы создать гипотетический двигатель, использующий абсолютный ноль как хладагент для преобразования тепла в работу, что противоречило бы принципу возрастания энтропии.

В своё время Альберт Эйнштейн пытался оспорить эту теорию, однако, как отмечается в новом исследовании, он не учёл важность второго закона термодинамики, сосредоточив внимание исключительно на третьем принципе. Таким образом, современная работа вновь ставит под сомнение выводы великого физика.

Профессор Мартин-Олалла в своём исследовании указал, что оба учёных упустили из виду два ключевых момента. Во-первых, формализм второго закона термодинамики, который подразумевает существование виртуальной машины, придуманной Нернстом. Во-вторых, тот факт, что эта машина не потребляет тепло и не производит работу, а значит, не нарушает второй закон термодинамики. Эти положения подтверждают, что обмен энтропией действительно стремится к нулю при приближении к абсолютному нулю, а сама эта температура остаётся недостижимой.

Исследователь также отметил, что основная сложность в термодинамике заключается в различии между субъективным восприятием температуры — ощущением тепла и холода — и её объективным определением как физической величины.

По его мнению, в споре между Нернстом и Эйнштейном температура рассматривалась лишь как эмпирический параметр, а состояние абсолютного нуля сводилось к ситуации, когда давление или объём газа приближаются к нулю.

Кроме того, он подчеркнул, что второй закон термодинамики подразумевает уникальность значения энтропии при абсолютном нуле, а устранение разницы в удельных теплотах лишь уточняет, что это значение равно нулю. Таким образом, третий закон термодинамики следует рассматривать скорее как важное дополнение, а не как самостоятельный принцип.

Профессор выразил надежду, что его работа привлечёт внимание научного сообщества, хотя и признал, что академический мир зачастую отличается инертностью. Он добавил, что первыми о результатах исследования узнали его студенты, изучающие термодинамику, и выразил желание, чтобы благодаря публикации эти выводы стали более известными.

Уточнения

Альбе́рт Эйнште́йн — швейцарский, немецкий и американский физик-теоретик и общественный деятель-гуманист, один из основателей современной теоретической физики.