Natuurkundige lost 120 jaar oud probleem op en bewijst dat Einstein ongelijk heeft

Mechanica

Redactieteam van de website voor technologische innovatie - 18-06-2025

De demonstratie gaat over thermodynamica, met name over de vraag waarom we het absolute nulpunt niet kunnen bereiken. [Afbeelding: Universidad de Sevilla]

Einstein ontmaskeren

Niet iedereen kan zeggen: "Ik heb bewezen dat Einstein ongelijk had." Dat kan professor José María Martín-Olalla van de Universiteit van Sevilla in Spanje wel.

Olalla heeft zojuist een bewijs gepresenteerd voor een probleem dat 120 jaar geleden ontstond in de thermodynamica , namelijk de vraag of het mogelijk is om het absolute nulpunt te bereiken en waarom. Het bewijs daagt het idee uit dat Albert Einstein meer dan een eeuw geleden naar voren bracht, en wiens uitleg tot op de dag van vandaag geldig is.

Aan het begin van de vorige eeuw worstelden natuurkundigen met het debat over de eigenschappen van materie bij temperaturen dicht bij het absolute nulpunt (-273,15 °C). In 1905 deed de Poolse natuurkundige Walther Nernst [1864-1941] experimentele waarnemingen die erop wezen dat entropieveranderingen naar nul neigen naarmate de temperatuur naar nul neigen.

In 1912 presenteerde Nernst zelf het bewijs van zijn stelling waarin hij deze observaties beschreef. Hij betoogde dat het absolute nulpunt onbereikbaar moest zijn, omdat men anders een motor zou kunnen bouwen die het absolute nulpunt als koelmiddel gebruikte en alle warmte in arbeid omzette, hetgeen in tegenspraak was met het principe van toenemende entropie. Voor deze studies kreeg Nernst in 1920 de Nobelprijs voor Scheikunde.

Einstein was niet gecharmeerd van de uitleg en weerlegde de demonstratie al snel met een argument dat vreemd overkomt op iedereen die bekend is met de lijst van gedachte-experimenten die de latere ontwikkeling van de kwantumfysica zouden kenmerken: Einstein redeneerde dat zo'n hypothetische machine in de praktijk niet gebouwd kon worden en daarom de geldigheid van het principe van toenemende entropie niet in twijfel kon trekken. Daarom scheidde Einstein de stelling van het tweede principe van de thermodynamica (het principe dat de toenemende entropie van het heelal vaststelt) en associeerde het met een derde principe, onafhankelijk van het tweede.

Professor Olalla heeft Einsteins idee nu weerlegd en de stelling van Nernst opnieuw rechtstreeks in verband gebracht met het tweede principe van de thermodynamica.

De entropie bij T = 0 is ingesteld op een eindige waarde van S. [Afbeelding: Martín-Olalla - 10.1140/epjp/s13360-025-06503-w]

Het was niet de bedoeling om de motor te bouwen

In zijn demonstratie introduceert professor Olalla twee nuances die door Nernst en Einstein waren weggelaten: het formalisme van de zogenaamde tweede wet van de thermodynamica vereist enerzijds het bestaan ​​van de door Nernst bedachte motor en anderzijds dat deze machine virtueel is - de motor verbruikt geen warmte, genereert geen arbeid en trekt het tweede principe niet in twijfel.

Door deze twee ideeën te combineren, kunnen we concluderen dat de entropie-uitwisselingen naar nul neigen wanneer de temperatuur naar nul neigt (hetgeen overeenkomt met de stelling van Nernst) en dat het absolute nulpunt onbereikbaar is.

Een fundamenteel probleem in de thermodynamica is het onderscheiden van de temperatuursensatie, de sensaties van warmte en kou, van het abstracte concept van temperatuur als een fysieke grootheid. In de discussie tussen Nernst en Einstein was temperatuur slechts een empirische parameter: de toestand van het absolute nulpunt werd weergegeven door de toestand dat de druk of het volume van een gas nul naderde.

"Formeel geeft het tweede principe van de thermodynamica een concreter idee van het natuurlijke nulpunt van de temperatuur. Het idee is niet gerelateerd aan enige sensatie, maar aan de door Nernst bedachte machine, die echter virtueel moet zijn. Dit verandert de [wiskundige] benadering van het bewijs van de stelling radicaal", legde Olalla uit.

Het bewijs toont aan dat de enige algemene eigenschap van materie nabij het absolute nulpunt die niet gerelateerd kan worden aan het tweede principe van de thermodynamica, de neutralisatie van warmtecapaciteit is, eveneens opgesteld door Nernst in 1912. Olalla stelt echter een andere formalisering voor: "Het tweede principe omvat het idee dat entropie uniek is bij het absolute nulpunt. De neutralisatie van soortelijke warmten voegt er alleen aan toe dat deze unieke waarde nul is. Het lijkt meer een belangrijke bijlage dan een nieuw principe."

De professor benadrukt dat de publicatie van het artikel met de demonstratie een eerste stap is naar acceptatie van dit nieuwe standpunt door de wetenschappelijke gemeenschap: "Maar ik weet dat de academische wereld veel inertie kent", zegt hij.

Ander nieuws over:

Meer onderwerpen