Einstein sa mohol mýliť. To, čo sme sa učili o termodynamike, už nemusí platiť. Vedci hovoria o prepisovaní učebníc
Nová štúdia odhaľuje, čo sa deje s entropiou, keď sa teplota blíži k absolútnej nule. Profesor z Univerzity v Seville mení pohľad na termodynamické zákony a ukazuje, že aj staré fyzikálne pravidlá skrývajú prekvapenia.
Vedecký svet sa vracia k základom. Nová štúdia odhaľuje, čo sa deje s entropiou pri extrémnych teplotách. Už viac než sto rokov sa vedci snažia pochopiť, čo sa deje s látkami, keď sa ich teplota blíži k tzv. absolútnej nule. To je teoreticky najnižšia možná teplota, –273,15 °C. Nikto ju nikdy nedosiahol a podľa fyzikálnych zákonov to ani nie je možné, no práve tento extrém nás učí veľa o fungovaní vesmíru.
Profesor José María Martín-Olalla z Univerzity v Seville teraz priniesol novú štúdiu, ktorá vyšla v prestížnom časopise European Physical Journal Plus. Zameral sa na entropiu, teda mieru neusporiadanosti v látkach. Čím je systém usporiadanejší, tým je entropia nižšia.
Starý problém, nové vysvetlenie
Už pred sto rokmi nemecký chemik Walther Nernst tvrdil, že pri veľmi nízkych teplotách sa zmeny entropie prakticky zastavia. Inými slovami, čím je niečo studenšie, tým viac sa usporiada a menej sa mení.
Nernst dokonca upozornil, že ak by sme absolútnu nulu dosiahli, mohli by sme skonštruovať stroj, ktorý premení všetko teplo okolo nás na prácu. To by však porušilo druhý zákon termodynamiky, základné pravidlo fyziky, podľa ktorého neusporiadanosť vesmíru vždy rastie a nikdy neklesá.
Albert Einstein s Nernstom nesúhlasil. Tvrdil, že takýto „dokonalý stroj“ je nemožný a že Nernstova myšlienka patrí do samostatného pravidla – tretieho zákona termodynamiky.
Neprehliadni
Čo priniesol nový výskum
Profesor Martín-Olalla však prišiel s prelomovým vysvetlením. Podľa neho Nernstov stroj naozaj existuje, ale len vo virtuálnej podobe, teda nie v realite, ale ako matematický model. Nevyužíva energiu, nevytvára prácu a nemení entropiu (pozn. redakcie: entropia je miera neusporiadanosti alebo chaosu v systéme). Vysvetlil to pomocou tzv. Carnotovho teplomera, ideálneho teoretického zariadenia, ktoré meria teplotu bez toho, aby zasahovalo do systému.
Z toho vyplýva, že tretí zákon termodynamiky nie je nezávislé pravidlo, ale logický dôsledok druhého zákona. Inak povedané, pri absolútnom mraze by entropia klesla na nulu, ale keďže túto teplotu nikdy nedosiahneme, zostáva len ako hranica, ku ktorej sa môžeme priblížiť.
Prečo je to dôležité
Martín-Olalla zdôrazňuje, že jeho zistenie nie je len akademická zaujímavosť. Výsledky majú praktický význam pre výskum materiálov pri extrémne nízkych teplotách, napríklad v kvantovej fyzike alebo pri skúmaní supravodivosti. Objav je podľa neho taký zásadný, že môže zmeniť spôsob, akým sa tieto zákony vysvetľujú v učebniciach.
Vedec tiež pripomína, že pojem „teplota“ v termodynamike neznamená len pocit chladu alebo tepla, ale je to prísne definovaný fyzikálny pojem. Pri extrémne nízkych teplotách preto platia úplne iné pravidlá, než aké poznáme z bežného života.
Možno v tom máš trochu guláš. Predstav si to takto: keď máš rozhádzanú izbu, vládne v nej chaos, to je vysoká entropia. Keď si ju upraceš, všetko je na svojom mieste a entropia je nízka. Vedci skúmali, čo sa deje s týmto „chaosom“ vo vesmíre, keď sa ochladzujeme takmer na úplný mráz, ktorý v skutočnosti nikdy nedosiahneme. Profesor Martín-Olalla ukázal, že aj pri takýchto extrémnych podmienkach sa entropia správa podľa starých zákonov, len trochu inak, než sme si doteraz mysleli. A práve to môže viesť k tomu, že učebnice fyziky sa budú musieť prepísať.
Štúdia profesora Martín-Olallu už dnes vzbudzuje veľkú pozornosť. Ukazuje, že aj po viac ako storočí môžu zákony, ktoré považujeme za samozrejmé, odhaliť nové a nečakané súvislosti.
