Einstein sa možno mýlil. Španielsky profesor spochybnil základný princíp fyziky, ktorý platí vyše sto rokov
Výskumníci v novej štúdii napádajú Einsteinove tvrdenie okolo známeho Nernstovho teorému.
Takzvaný Nernstov teorém je pozorovanie, ktoré bolo po prvýkrát prezentované v roku 1905 a popisuje, že ako sa teplota systému blíži k absolútnej nule (0 Kelvinov), zmena entropie pre akúkoľvek chemickú alebo fyzikálnu premenu sa blíži k nule.
Ako informuje portál Phys, objavila sa nová štúdia, ktorá opravuje túto 120 rokov starú myšlienku. Autori štúdie hovoria, že problém s Nernstovým teorémom prišiel začiatkom 20. storočia. Vtedy výskumníci študovali vlastnosti hmoty, ktorej teplota sa blížila absolútnej nule, teda –273 stupňov Celzia.
Ako to teda je?
Na vysvetlenie svojich výsledkov Nernst tvrdil, že absolútna nula musí byť nedosiahnuteľná, pretože inak by bolo možné zostrojiť motor, ktorý by s použitím absolútnej nuly ako chladiča premenil všetko teplo na prácu, čo by bolo v rozpore s princípom zvyšovania entropie. Svoj teorém tak dokázal v roku 1912.
Einstein hneď na to poukázal, že hypotetický motor, ktorý ukázal Nernst, by v skutočnosti nemohol byť v praxi vybudovaný a preto Einstein spochybňoval aj Nernstov princíp nárastu entropie. Einstein teda odpojil Nernstov teorém od druhého zákona termodynamiky a prepojil teorém s tretím zákonom.
Výskumníci zavádzajú dve nuansy, ktoré Nernst a Einstein vynechali: formalizmus druhého princípu termodynamiky na jednej strane vyžaduje existenciu motora, ktorý si Nernst predstavoval, a na strane druhej, že tento stroj je virtuálny, teda motor nespotrebúva žiadne teplo, nevyrába žiadnu prácu a nespochybňuje druhý princíp.
Neprehliadni
Spojenie oboch myšlienok nám umožňuje usúdiť, že výmeny entropie sa blížia k nule, keď sa teplota blíži k nule, a že absolútna nula je nedosiahnuteľná.
“Fundamentálnym problémom v termodynamike je rozlíšiť pocity teploty, teda rozlíšiť pocit tepla a studena, od abstraktného konceptu teploty ako fyzikálnej kvantity. Diskusia medzi Nernstovým a Einsteinovým konceptom bola teplota len empirický parameter. Absolútna nula tu bola reprezentovaná bodom, pri ktorom sa tlak alebo objem plynu priblížil nule,” vyjadril sa jeden z autorov štúdie, José Martin-Olalla.
Dodáva, že formálne druhý princíp termodynamiky poskytuje konkrétnejšiu predstavu o prirodzenej nule teploty. Táto myšlienka nesúvisí so žiadnym pocitom, ale s tým motorom, ktorý si Nernst predstavoval, no ktorý musí byť virtuálny. To radikálne mení prístup k dôkazu teorému.
Výskumu sa zároveň podarilo poukázať na aj na jednu všeobecnú vlastnosť hmoty v blízkosti absolútnej nuly. Táto vlastnosť nemôže byť previazaná s druhým zákonom termodynamiky. Ide o vlastnosť, ktorá ruší tepelné kapacity. Aj v tomto prípade ide o niečo, čo Nernst predpovedal ešte v roku 1912. Autori novej štúdie navrhujú ale inú formalizáciu tohto princípu.
“Druhý princíp obsahuje myšlienku, že entropia je pri absolútnej nule jedinečná. Zrušenie špecifických tepiel len dodáva, že táto jedinečná hodnota je nulová. Zdá sa to skôr ako dôležitý dodatok než nový princíp,” hovorí Martin-Olalla.
Cieľom autorov nie je prepísať fyziku, ako ju poznáme. Namiesto toho ale chcú, aby mali študenti lepšiu predstavu o tomto zákone a jeho význame.
Zlá interpretácia zákonov fyziky
V tomto smere je zaujímavý aj výskum z počiatkov tohto roka. Autori štúdie si v tomto prípade všimli, že jeden zo základných zákonov fyziky sme chápali už takmer 300 rokov zle.
Isaac Newton spísal vo svojej knihe Philosophiae Naturalis Principia Mathematica tri základné zákony, ktoré riadia pohyb v celom vesmíre. Túto knihu stáročia prekladali, prepisovali a do hĺbky o nej diskutovali. Výskumníci v novej štúdii ale tvrdia, že jeden zo základných fyzikálnych zákonov, ktorý bol v knihe zapísaný, už takmer tristo rokov zle chápeme.
Prvý pohybový zákon hovorí, že teleso v pokoji ostane v pokoji a teleso v pohybe zas v pohybe, až dokým naň nezačne pôsobiť vonkajšia sila. Toto vysvetlenie funguje pomerne dobre, až na jeden malý detail. Externé sily vplývajú konštantne na akýkoľvek objekt. Ide o malý detail, ktorý by ale Newton určite zohľadnil vo svojej formulácii zákona. Ak chceš vedieť, ako nový zákon znie, potom ti do pozornosti dávame náš článok.
