La tercera ley de la termodinámica, finalmente consigue su prueba.

Después de más de 100 años de debate con los gustos del propio Einstein , los físicos finalmente han ofrecido prueba matemática de la tercera ley de la termodinámica, que establece que una temperatura de cero absoluto no se puede lograr físicamente porque es imposible que la entropía (o desorden) de un sistema para golpear cero.

Aunque los científicos han sospechado durante mucho tiempo que hay un "límite de velocidad" intrínseca en el acto de refrigeración en el Universo que nos impide alcanzar nunca el cero absoluto (0 Kelvin, -273.15 ° C, o -459.67 ° F), esta es la evidencia más fuerte sin embargo, que nuestras leyes actuales de la física son válidas cuando se trata de la temperatura más baja posible.

"Demostramos que no se puede enfriar efectivamente un sistema de cero absoluto con una cantidad finita de los recursos y fuimos un paso más allá," uno de los equipo, Lluís Masanes del University College de Londres, dijo IFLScience.

"Entonces concluimos que es imposible enfriar un sistema para el cero absoluto en un tiempo finito, y hemos establecido una relación entre el tiempo y la temperatura más baja posible. Es la velocidad de enfriamiento."

Lo que se está refiriendo a Masanes aquí hay dos suposiciones fundamentales que la tercera ley de la termodinámica depende para su validez.

La primera es que con el fin de alcanzar el cero absoluto en un sistema físico, la entropía del sistema tiene que golpear también cero. 

La segunda regla se conoce como el principio inalcanzable, que establece que el cero absoluto es físicamente inalcanzable porque ningún sistema puede llegar a cero entropía.

La primera regla fue propuesta por el químico alemán Walther Nernst en 1906, y si bien le valió un Premio Nobel de Química, pesos pesados como Albert Einstein y Max Planck no estaban convencidos de su prueba, y se acercó con sus propias versiones del límite de refrigeración del universo.

Esto llevó a Nernst para doblar en su forma de pensar y proponer la segunda regla en 1912, declarando el cero absoluto a ser físicamente imposible.

En conjunto, estas reglas son ahora reconocidos como la tercera ley de la termodinámica, y mientras esta ley parece ser verdad, sus bases siempre han parecido un poco rocosa - cuando se trata de las leyes de la termodinámica , el tercero ha sido un poco de una oveja negra.

"[D] ebido a los argumentos anteriores se centraron únicamente en los mecanismos específicos o fueron paralizados por supuestos cuestionables, algunos físicos han permanecido siempre convencidos de su validez," Leah Crane explica por la revista New Scientist.

Con el fin de probar la solidez de los supuestos de la tercera ley de la termodinámica en realidad están en ambos sistemas clásicos y cuánticos , Masanes y su colega Jonathan Oppenheim decidieron probar si es matemáticamente posible alcanzar el cero absoluto cuando se está restringido a tiempo y los recursos finitos.

Masanes compara este acto de refrigeración a la computación - podemos ver a un ordenador resolver un algoritmo y registrar el tiempo que tarda, y de la misma manera, en realidad podemos calcular el tiempo que le toma a un sistema que ser enfriado a su límite teórico debido los pasos necesarios para eliminar su calor.

Se puede pensar en la forma más eficaz de enfriamiento '' palear el calor existente en un sistema y depositarlo en el ambiente circundante. 

¿Cuánto calor del sistema se inició con determinará la cantidad de pasos que tomará para que usted pueda pala todo hacia fuera, y el tamaño de la "reserva" en el que se está depositando que el calor también limitar su capacidad de refrigeración. 

El uso de técnicas matemáticas derivadas de la teoría de la información cuántica - algo que Einstein había presionado para que en sus propias formulaciones de la tercera ley de la termodinámica - Masanes y Oppenheim encontraron que sólo se podía alcanzar el cero absoluto si tuviera dos pasos infinitos y una reserva infinita.

Y eso no es exactamente algo que cualquiera de nosotros vamos a tener en nuestras manos en el corto plazo.

Esto es algo que los físicos han sospechado durante mucho tiempo , debido a que la segunda ley de la termodinámica establece que el calor se moverá espontáneamente de un sistema más caliente a un sistema de refrigeración, por lo que el objeto que está tratando de enfriar constantemente se toma en el calor de su entorno.

Y cuando hay cualquier cantidad de calor dentro de un objeto, eso significa que hay movimiento térmico en el interior, lo que asegura un cierto grado de entropía siempre permanecerá. 

Esto explica por qué, no importa donde se mire, cada cosa en el Universo se está moviendo muy ligeramente - nada en la existencia está completamente inmóvil acuerdo con la tercera ley de la termodinámica.

Los investigadores dicen que "esperan que el presente trabajo se pone a la tercera ley sobre una base más en línea con los de las otras leyes de la termodinámica", mientras que al mismo tiempo que presenta la tasa más rápida teórica a la que podamos refrescar realmente algo.

En otras palabras, que han utilizado las matemáticas para cuantificar los pasos de refrigeración, permitiendo a los investigadores definen el límite de velocidad establecido para el frío un sistema puede estar en una cantidad finita de tiempo.

Y eso es importante, porque incluso si nunca podemos alcanzar el cero absoluto, podemos llegar muy muy cerca, como la NASA ha demostrado recientemente con su Laboratorio Atom frío, que puede golpear una mera mil millonésima de grado por encima del cero absoluto, o 100 millones de veces más frías que las las profundidades del espacio.

En este tipo de temperaturas, vamos a ser capaces de ver los comportamientos atómicos extraños que nunca se han visto antes. Y ser capaz de eliminar la mayor cantidad de calor de un sistema va a ser crucial en la carrera para finalmente construir un funcional ordenador cuántico.

Y la mejor parte es, mientras que este estudio ha tomado el cero absoluto de la mesa para el bien, ni siquiera se ha conseguido cerca de alcanzarse las temperaturas o velocidades que se establece como el límite físico de refrigeración - a pesar de algunos esfuerzos impresionantes en los últimos tiempos . 

"El trabajo es importante - la tercera ley es una de las cuestiones fundamentales de la física contemporánea," Ronnie Kosloff en la Universidad Hebrea de Jerusalén, Israel, que no participó en el estudio, dijo a New Scientist.

"Se relaciona la termodinámica, la mecánica cuántica, la teoría de la información - es un punto de encuentro de muchas cosas."

El estudio ha sido publicado en Nature Communications.