Эйнштейн ошибался: ученые решили 120-летнюю загадку, с законами физики что-то не так

Исследование, опубликованное, опубликованное в журнале The European Physical Journal Plus, предлагает новую связь между теоремой Нернста, впервые представленной в 1905 году, и вторым законом термодинамики. Физики пришли к выводу, что третий закон термодинамики не является независимым законом, а является прямым следствием второго закона термодинамики, пишет Interesting Engineering.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Результаты исследования проясняют, как ведет себя энтропия при приближении температуры к абсолютному нулю (минус 273 градуса Цельсия) и углубляет понимание одного из фундаментальных законов физики.

Энтропия и законы термодинамики

Энтропия — это мера беспорядка, хаоса или случайности в системе. Чем больше хаоса, тем выше энтропия. В физике энтропия также связана с рассеиванием энергии и необратимостью процессов.

Второй закон термодинамики гласит, что энтропия изолированной системы (системы, на которую извне не действуют никакие силы и не поступает энергия) всегда растет или остается неизменной. Это означает, что хаос в такой системе со временем будет только увеличиваться. Чтобы поддерживать порядок, всегда нужно затрачивать энергию.

Теорема Нернста, или третий закон термодинамики, является одним из фундаментальных принципов физики. Она была сформулирована немецким физиком Вальтером Нернстом в 1905 году. Теорема Нернста гласит, что по мере того как температура системы приближается к абсолютному нулю, энтропия системы также стремится к минимальному, постоянному значению. Для идеальный кристаллов при абсолютном нуле энтропия становится равной нулю.

Эйнштейн не согласен

Проблема возникла в начале XX века, когда физики изучали поведение материи при температурах, которые приближаются к абсолютному нулю. Вальтер Нернст заметил, что обмен энтропией исчезает, когда температура приближается к абсолютному нулю. Нернст утверждал, что абсолютный ноль не может быть достигнут физически. Без этого закона было бы возможно построить идеальный двигатель, который преобразует все тепло в работу, тем самым нарушая второй закон термодинамики.

Но в 1912 году Альберт Эйнштейн не согласился с этой точкой зрения. Он утверждал, что двигатель такого типа не может существовать, а значит, что второй закон не обязательно должен быть причиной недоступности абсолютного нуля. Аргумент Эйнштейна отделил теорему Нернста от второго закона термодинамики и таким образом появился независимый третий закон термодинамики.

Эйнштейн ошибался

Но авторы исследования опровергают это разделение и считают, что теорема Нернста является прямым следствием второго закона термодинамики, поэтому третий закон не является независимым. Ученые переосмыслили интерпретацию термодинамики, подчеркивая тонкости, упущенные из виду Нернстом и Эйнштейном.

Физики утверждают, что второй закон термодинамики неявно требует существования гипотетического двигателя, однако он должен оставаться виртуальным, не потребляя тепла, не производя работы и не оспаривая второй закон термодинамики. Этот концептуальный механизм приводит к двум ключевым выводам: обмен энтропией исчезает, когда температура приближается к абсолютному нулю, а сам абсолютный ноль недостижим.

Ученые также разделяют эмпирическое восприятие температуры, связанное с ощущениями тепла и холода, и ее формальную роль как физической величины. По словам физиков, в начале XX века температура рассматривалась просто как наблюдаемый параметр, такой как давление или объем. Но привязывая температуру к второму закону термодинамики с помощью этого виртуального механизма, возникает более строгое определение, оторванное от чувственного опыта. Такое переосмысление существенно меняет основу доказательства теоремы Нернста.

Физики считают, что второй закон термодинамики по своей сути подразумевает, что энтропия достигает уникального нулевого значения при абсолютном нуле температуры.

Как уже писал Фокус, самая высокая температура, созданная людьми, в 300 000 раз горячее Солнца. До сих пор температурный рекорд, зафиксированный физиками 13 лет назад в самом мощном ускорителе частиц, не побит.