(Phys.org) —En 1912, El químico Walther Nernst propuso que enfriar un objeto hasta el cero absoluto es imposible con una cantidad finita de tiempo y recursos. Hoy esta idea, llamado el principio de inalcanzabilidad, es la versión más aceptada de la tercera ley de la termodinámica; sin embargo, hasta ahora no se ha demostrado a partir de los primeros principios.

Ahora por primera vez Los físicos Lluís Masanes y Jonathan Oppenheim del University College of London han derivado la tercera ley de la termodinámica de los primeros principios. Después de más de 100 años, el resultado finalmente pone la tercera ley en pie de igualdad con la primera y segunda leyes de la termodinámica, ambos ya han sido probados.

"El objetivo de la física fundamental es derivar todas las leyes de la naturaleza y describir todos los fenómenos asumiendo solo un pequeño conjunto de principios (como la mecánica cuántica, el modelo estándar de física de partículas, etc.), "Masanes dijo Phys.org . "Y eso es lo que hacemos. Además, esta derivación revela las fuertes conexiones entre las limitaciones del enfriamiento, la positividad de la capacidad calorífica, la reversibilidad de la dinámica microscópica, etc. Personalmente, Me encanta que toda la termodinámica (incluida la tercera ley) se haya derivado de principios más fundamentales ".

Para probar la tercera ley, los físicos utilizaron ideas de la informática y la teoría de la información cuántica. Allí, un problema común es determinar la cantidad de recursos necesarios para realizar una determinada tarea. Cuando se aplica al enfriamiento, la pregunta es cuánto trabajo se debe hacer y qué tan grande debe ser el depósito de enfriamiento para enfriar un objeto a cero absoluto (0 Kelvin, -273,15 ° C, o -459,67 ° F)?

Los físicos demostraron que enfriar un sistema hasta el cero absoluto requiere una cantidad infinita de trabajo o una reserva infinita. Este hallazgo está de acuerdo con la explicación física ampliamente aceptada de la inalcanzabilidad del cero absoluto:a medida que la temperatura se acerca a cero, la entropía (desorden) del sistema se acerca a cero, y no es posible preparar un sistema en un estado de entropía cero en un número finito de pasos.

El nuevo resultado llevó a los físicos a una segunda pregunta:si no podemos alcanzar el cero absoluto, entonces, ¿qué tan cerca podemos acercarnos (con tiempo y recursos finitos)? Resulta que la respuesta está más cerca de lo que cabría esperar. Los científicos demostraron que se pueden obtener temperaturas más bajas con solo un modesto aumento de recursos. Sin embargo, también demostraron que aquí hay límites, así como. Por ejemplo, un sistema no se puede enfriar exponencialmente rápidamente, dado que esto daría lugar a una capacidad calorífica negativa, que es una imposibilidad física.

Una de las buenas características de la nueva prueba es que se aplica no solo a grandes, sistemas clásicos (de los que normalmente se ocupa la termodinámica tradicional), sino también a los sistemas cuánticos y a cualquier tipo concebible de proceso de enfriamiento.

Por esta razón, los resultados tienen amplias implicaciones teóricas. El enfriamiento a temperaturas muy bajas es un componente clave en muchas tecnologías, como las computadoras cuánticas, simulaciones cuánticas, y mediciones de alta precisión. Comprender lo que se necesita para acercarse al cero absoluto podría ayudar a guiar el desarrollo y la optimización de futuros protocolos de enfriamiento para estas aplicaciones.

"Ahora que comprendemos mejor las limitaciones del enfriamiento, Me gustaría optimizar los métodos de enfriamiento existentes o crear otros nuevos. "Dijo Masanes.

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