Eine spanische Universität löst ein 100 Jahre altes Problem und widerlegt Einsteins Konzept.

José María Martín Olalla, Professor an der Universität Sevilla, hat einen Artikel veröffentlicht, in dem er ein vor 120 Jahren im Bereich der Thermodynamik aufgetretenes Problem löst und damit auch eine vor über einem Jahrhundert von Albert Einstein geäußerte Idee korrigiert , so die Universität Sevilla.

Der sogenannte Nernst-Satz – eine allgemeine experimentelle Beobachtung aus dem Jahr 1905, die besagt, dass der Entropieaustausch gegen Null geht, wenn die Temperatur gegen Null geht – wurde in einem Artikel in der Zeitschrift „ The European Physical Journal Plus “ direkt mit dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik verknüpft, dessen alleiniger Autor Professor Martín Olalla ist.

Die Demonstration löst nicht nur ein vor 120 Jahren gestelltes Problem, sondern erweitert auch die Konsequenzen des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik – des Prinzips, das die Zunahme der Entropie im Universum begründet .

Das Problem des Nernstschen Theorems trat zu Beginn des 20. Jahrhunderts auf, als die allgemeinen Eigenschaften von Materie bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt (273 Grad unter Null) untersucht wurden. Für diese Studien erhielt Walther Nernst 1920 den Nobelpreis für Chemie .

Zur Erklärung seiner Ergebnisse argumentierte Nernst, dass der absolute Nullpunkt unerreichbar sein müsse, da es sonst möglich wäre, eine Maschine zu konstruieren, die mit dem absoluten Nullpunkt als Kühlmittel alle Wärme in Arbeit umwandeln würde, was dem Prinzip der zunehmenden Entropie zuwiderlaufen würde. Damit bewies er 1912 seinen Satz.

Unmittelbar danach widerlegte Einstein diesen Beweis mit dem Hinweis, dass eine solche hypothetische Maschine in der Praxis nicht gebaut werden könne und daher die Gültigkeit des Prinzips der zunehmenden Entropie nicht in Frage gestellt werden könne .

Somit trennte Einstein den Satz vom zweiten Hauptsatz der Thermodynamik und verknüpfte ihn mit einem dritten, vom zweiten Hauptsatz unabhängigen Hauptsatz, eine Idee, die durch die Studie von Martín Olalla widerlegt wird.

In der vorgestellten Demonstration führt Professor Martín Olalla zwei Nuancen ein, die von Nernst und Einstein ausgelassen wurden: Der Formalismus des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik erfordert einerseits die Existenz der Maschine, die Nernst sich vorstellte, und schreibt andererseits vor, dass diese Maschine virtuell ist; die Maschine verbraucht keine Wärme, produziert keine Arbeit und stellt den zweiten Hauptsatz nicht in Frage.

Aus der Kombination beider Ideen können wir schlussfolgern, dass der Entropieaustausch gegen Null geht, wenn die Temperatur gegen Null geht – was dem Nernstschen Theorem entspricht – und dass der absolute Nullpunkt unerreichbar ist.

Martín Olalla weist darauf hin, dass „ein grundlegendes Problem der Thermodynamik darin besteht, das Temperaturempfinden, die Empfindungen von heiß und kalt, vom abstrakten Konzept der Temperatur als physikalische Größe zu unterscheiden“, und fügt hinzu:

In der Diskussion zwischen Nernst und Einstein war die Temperatur lediglich ein empirischer Parameter: Der absolute Nullpunkt wurde dadurch dargestellt, dass Druck oder Volumen eines Gases nahe Null kamen. Formal gesehen liefert der zweite Hauptsatz der Thermodynamik eine konkretere Vorstellung davon, was der natürliche Nullpunkt der Temperatur ist . Diese Idee bezieht sich nicht auf irgendeine Empfindung, sondern auf die Maschine, die Nernst sich vorstellte, die aber virtuell sein muss. Dies verändert die Herangehensweise an den Beweis des Theorems radikal.

Die Studie weist darauf hin, dass die einzige allgemeine Eigenschaft von Materie in der Nähe des absoluten Nullpunkts, die nicht mit dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik in Verbindung gebracht werden kann, das Verschwinden der Wärmekapazität ist , der ebenfalls 1912 von Nernst zusammengestellt wurde.

Martín Olalla schlägt jedoch eine andere Formalisierung vor: „Das zweite Prinzip beinhaltet die Idee, dass die Entropie am absoluten Nullpunkt eindeutig ist. Die Aufhebung der spezifischen Wärmekapazitäten führt lediglich dazu, dass dieser eindeutige Wert Null ist. Es scheint eher ein wichtiger Nachtrag als ein neues Prinzip zu sein.“