Un mistero della termodinamica risalente al 1905, conosciuto come l’enigma dello zero assoluto, è stato finalmente risolto dal professor José María Martín-Olalla dell’Università di Siviglia. Il suo studio ha dimostrato che il teorema di Nernst, un principio che descrive il comportamento dell’entropia a temperature prossime allo zero assoluto, è intrinsecamente collegato al secondo principio della termodinamica.
Questa scoperta corregge una vecchia ipotesi formulata da Albert Einstein e cambia radicalmente il modo in cui la comunità scientifica interpreta il comportamento dell’entropia vicino allo zero assoluto.
Il teorema di Nernst e il problema dello zero assoluto
All’inizio del XX secolo, il comportamento della materia a temperature vicine allo zero assoluto (-273,15 °C) era un argomento ancora poco compreso. Walther Nernst, insignito del Premio Nobel per la Chimica nel 1920, ha contribuito significativamente allo studio di questo fenomeno. Nel 1912 ha annunciato formalmente il suo teorema, secondo cui gli scambi di entropia si avvicinano a zero all’avvicinarsi della temperatura allo zero assoluto.
Nernst ha sostenuto che lo zero assoluto fosse irraggiungibile, poiché raggiungerlo significherebbe costruire un motore termico capace di utilizzare tale temperatura come refrigerante e convertire tutto il calore in lavoro. Questo scenario violerebbe il secondo principio della termodinamica, che stabilisce che l’entropia nell’universo tende sempre ad aumentare.
La critica di Einstein e la separazione dei principi
Albert Einstein, tuttavia, ha contestato questa interpretazione, affermando che un motore del genere non potesse essere realizzato concretamente, e quindi non rappresentava una minaccia per il secondo principio. Di conseguenza, Einstein ha classificato il teorema di Nernst come un terzo principio della termodinamica, indipendente dal secondo.
Questa divisione tra i due principi ha influenzato per più di un secolo l’insegnamento e la comprensione della termodinamica.
La nuova dimostrazione di Martín-Olalla
Nel suo articolo pubblicato sulla rivista The European Physical Journal Plus, il professor Martín-Olalla ha proposto una dimostrazione che unisce il teorema di Nernst e il secondo principio della termodinamica. Egli ha introdotto il concetto di un motore termico immaginario e virtuale, simile a quello ipotizzato da Nernst, ma che non consuma calore, non produce lavoro e quindi non contraddice il secondo principio.
Questa idea ha consentito di dimostrare che gli scambi di entropia devono necessariamente tendere a zero al tendere della temperatura verso lo zero assoluto, e che lo zero assoluto è inaccessibile. Di fatto, il teorema di Nernst deriva quindi naturalmente dal secondo principio.
Ripensare il concetto di temperatura
Martín-Olalla ha sottolineato anche una distinzione fondamentale: bisogna separare la percezione di caldo e freddo dal concetto fisico e astratto di temperatura. Nella storica discussione tra Nernst ed Einstein, la temperatura era un semplice parametro empirico, legato alla pressione o al volume di un gas.
Oggi, grazie al formalismo del secondo principio della termodinamica, la temperatura viene vista come una grandezza più concreta, definita in relazione a questo motore virtuale. Questa nuova prospettiva cambia radicalmente l’approccio alla dimostrazione del teorema di Nernst.
Il ruolo delle capacità termiche
Un altro punto evidenziato dallo studio riguarda le capacità termiche. Nernst ha osservato che queste tendono a zero vicino allo zero assoluto, ma questa proprietà non è direttamente collegabile al secondo principio.
Martín-Olalla ha proposto una nuova formalizzazione: mentre il secondo principio implica che l’entropia sia unica allo zero assoluto, l’annullamento delle capacità termiche aggiunge semplicemente che questo valore unico è zero, configurandosi come un’appendice importante, ma non un principio autonomo.
Conclusioni e prospettive
La dimostrazione proposta dal professor Martín-Olalla rappresenta un importante passo avanti nella comprensione della termodinamica, collegando il teorema di Nernst direttamente al secondo principio. Questo elimina la necessità di considerare il terzo principio come un concetto separato.
Il professore dell’Università di Siviglia ha sottolineato che, nonostante il valore di questa nuova interpretazione, la sua accettazione nel mondo accademico potrebbe richiedere tempo, data la naturale inerzia delle istituzioni scientifiche. Intanto, gli studenti del suo corso sono i primi a studiare questa dimostrazione, aprendo la strada a una nuova visione più coerente e rigorosa della termodinamica.
Fonte: The European Physical Journal Plus
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