Profesor José María Martín Olalla z Univerzity v Seville, zastávající místo v Oddělení fyziky kondenzovaných látek, zmapoval spojení mezi klasickou termodynamikou a moderními pozorováními tím, že přepracoval roli druhého principu v jednom z nejzáhadnějších fenoménů: anulaci specifických teplot při absolutní nule.
Toto téma bylo nedávno publikováno v časopise Physica Scripta a vytváří přímé spojení mezi touto anulací, která byla experimentálně pozorována od počátku 20. století, a principem zvyšování entropie vesmíru. Tato příspěvek nejenže přeinterpretovává otázku starou více než sto let, ale zároveň přepisuje konceptuální rovnováhu termodynamiky, jak jsme ji dosud znali.
Tento pokrok se přidává k jinému článku, který autor publikoval v European Physical Journal Plus v červnu 2025, kde již spojil Nernstovu větu (další vlastnost vycházející na okraj absolutní nuly) s druhým principem termodynamiky. Při této příležitosti opravil původní myšlenky Einsteina, jež se po desetiletí zdály být neměnné.
S těmito dvěma pracemi se rýsuje ambiciózní teze: dvě hlavní pilíře termodynamiky (zachování energie a vzrůstající 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 specifické teplo odolnost, kterou těleso vykazuje při změně teploty. Na počátku 20. století překvapila komunitu vědců anulace této vlastnosti blízko absolutní nuly, neboť byla v rozporu s klasickou představou, že každá tepelná změna vyžaduje energetickou výměnu.
Vysvětlení přišlo zčásti s kvantovou fyzikou: v roce 1907 byl Albert Einstein prvním, kdo ji použil k odůvodnění tohoto jevu, ačkoli jej zcela odpojil od druhého principu termodynamiky, což vedlo k upevnění myšlenky „třetího principu“ pro vysvětlení chování systémů při nízkých teplotách.
Nicméně, nový výzkum Martín Olally mění tento přístup. Tvrdí, že anulace specifického tepla není anomálií, která by měla být vysvětlena výhradně z pohledu kvantové fyziky, ale přirozeným důsledkem stability rovnováhy, což je vlastnost odvozená přímo ze druhého principu.
Tato stabilita naznačuje, že rovnovážné stavy musí přetrvávat neomezeně, pokud je neovlivní externí perturbace, což způsobuje, že hmoty blízko absolutní nuly se chovají předvídatelně a koherentně, aniž by bylo nutné postulovat nový princip.
Tak by to, co bylo po desetiletí považováno za teoretickou výjimku nebo konkrétní případ kvantové fyziky, mohlo být pochopeno v rámci klasické termodynamiky. Tato reinterpretace nabízí nový základ pro pochopení, proč při přiblížení k absolutní nule specifické teplo mizí: protože základní zákony, které řídí stabilitu systému, to vyžadují.
Elegatnější rámec
Z tohoto úhlu pohledu se studie zaměřuje na klíčovou podmínku: aby byl systém stabilní při jakékoliv teplotě lišící se od nuly, musí mít pozitivní specifické teplo. Na základě tohoto myšlení profesor dokazuje, že tato stejná podmínka vyžaduje, aby se při dosažení absolutní nuly specifické teplo anulovalo alespoň tak rychle, jako se sama teplota.
Jak sám autor uzavírá, běžné vysvětlení (založené na kvantové interpretaci hmoty) zůstává platné, ale už není nezbytné. „Příroda sama o sobě se vyhýbá situacím, které by nás dostaly do nestabilních stavů při absolutní nule,“ říká profesor Martín Olalla, který zdůrazňuje, že „hmota se chová, i v těch nejextrémnějších podmínkách, v souladu s požadavky tepelné stability. Není třeba vymýšlet nový princip, aby bylo možné popsat to, co už je pravidelné a předvídatelné.“
Výzkum tohoto vědce ze Sevilly tak představuje elegantnější, soběstačný a především sjednocující rámec, kde hlavní zákony termodynamiky samy o sobě dostatečně objasňují chování hmoty, od spalujících teplot hvězd až po absolutní nulu.
