Nový pohled na termodynamiku a nulové teploty
Na Univerzitě v Seville profesor José María Martín Olalla z Oddělení fyziky kondenzovaných látek vytvořil most mezi klasickou termodinamikou a moderními pozorováními tím, že přehodnotil roli druhého principu v jednom z nejzáhadnějších jevů: anulace měrných tepelných kapacit při absolutní nule.
Jeho práce, publikovaná nedávno v časopise Physica Scripta, vytváří přímou vazbu mezi touto anulací (experimentálně pozorovanou již od počátku 20. století) a principem zvyšování entropie vesmíru. Tento příspěvek nejenže přehodnocuje otázku starou více než sto let, ale také přepisuje konceptuální rovnováhu termodynamiky, jak jsme ji dosud znali.
Tento pokrok se přidává k dalšímu, které autor publikoval v European Physical Journal Plus v červnu 2025, kde Martín Olalla již dříve spojil Nernstův teorém (další emergentní vlastnost na prahu absolutní nuly) s druhým principem termodynamiky, čímž opravil původní myšlenky Einsteina, které se po desetiletí zdály být neotřesitelné.
S oběma pracemi se rýsuje ambiciózní teze: dva hlavní pilíře termodynamiky (zachování energie a zvyšování entropie) by měly být dostatečné k vysvětlení makroskopického chování hmoty i za extrémních podmínek, čímž by se zrušila potřeba udržovat třetí princip jako nezávislý.
Vznik kvantové fyziky
Z fyzikálního hlediska představuje měrná tepelná kapacita odolnost tělesa vůči změně teploty. Na počátku 20. století překvapila anulace této vlastnosti blízko absolutní nuly vědeckou komunitu, neboť odporovala klasickému pohledu, podle něhož každá tepelná změna vyžaduje energetickou výměnu.
Vysvětlení se dostavilo z části s kvantovou fyzikou: v roce 1907 byl Albert Einstein prvním, kdo ji použil k ospravedlnění tohoto jevu, ačkoliv ji plně odpojil od druhého principu termodynamiky, což nakonec posílilo myšlenku o „třetím principu“ k vysvětlení chování systémů při nízkých teplotách.
Avšak nový výzkum Martín Olally mění tento přístup. Tvrdí, že anulace měrných tepelných kapacit není anomálií, kterou je třeba vysvětlovat pouze z hlediska kvantové fyziky, ale přirozeným důsledkem stability rovnováhy, což je vlastnost přímo odvozená od druhého principu.
Tato stabilita znamená, že rovnovážné stavy by měly přetrvávat neomezeně, pokud je nepotlačí vnější porucha, a to by vedlo k předvídatelnému a koherentnímu chování hmoty blízko absolutní nuly, bez potřeby postulovat nový princip.
Elegantnější rámec
V tomto světle studie prohlubuje základní podmínku: aby byl systém stabilní při jakékoliv teplotě odlišné od nuly, musí být jeho měrné tepelná kapacita kladné. Na základě tohoto uvažování profesor dokazuje, že stejná požadavek nutí měrné tepelná kapacity, aby se anulovaly alespoň tak rychle, jak to dělá sama teplota, když dosáhnou absolutní nuly.
Jak sám autor uzavírá, běžné vysvětlení (založené na kvantové interpretaci hmoty) zůstává platné, ale už není nezbytné. „Příroda se sama vyhýbá situacím, které by nás přivedly do nestabilních stavů při absolutní nule,“ říká profesor Martín Olalla, který zdůrazňuje, že „hmota se chová, i za nejextrémnějších podmínek, v souladu s požadavky termální stability. Není třeba vymýšlet nový princip k popsání toho, co již je pravidelné a předvídatelné.“
S tímto dvojitým dílem vědec ze Sevilly navrhuje elegantnější, soběstačný a především sjednocený rámec, ve kterém velké zákony termodynamiky samy o sobě stačí k objasnění chování hmoty, od žhavých teplot hvězd až po absolutní nulu.
