Internacional. Las matemáticas han probado finalmente una ley que dice que a menos que tengas tiempo y recursos infinitos, no puedes llegar al cero absoluto de la temperatura.
En 1906, el químico alemán Walther Nernst formuló el teorema del calor, que afirma que cuando un cristal perfecto se acerca al punto cero absoluto de 0 kelvin (-273,15 ° C), la entropía del sistema también pasa a cero. Este trabajo le valió el premio Nobel de química en 1920.
La regla fue polémica, con expertos como Albert Einstein y Max Planck debatiéndolo e introduciendo sus propias formulaciones. En 1912, Nernst defendió su versión añadiendo otra cláusula, el principio de inalcanzabilidad, que establece que el cero absoluto es físicamente inalcanzable. En conjunto, estas dos reglas constituyen la tercera ley moderna de la termodinámica.
Pero debido a que los argumentos anteriores se centraban sólo en mecanismos específicos o estaban paralizados por suposiciones cuestionables, algunos físicos siempre han permanecido no convencidos de su validez.
Ahora Jonathan Oppenheim y Lluís Masanes, del University College de Londres han derivado matemáticamente el principio de inalcanzabilidad y han puesto límites a lo rápido que un sistema puede enfriarse, creando una prueba general de la tercera ley. "En informática, la gente hace esta pregunta todo el tiempo: ¿cuánto tiempo se tarda en realizar un cálculo?", Dice Oppenheim. "Así como una máquina computacional realiza un cálculo, una máquina enfriadora enfría un sistema". Así que él y Masanes se preguntaron cuánto tiempo tarda en enfriarse.
El enfriamiento se puede considerar como una serie de pasos: el calor se retira del sistema y se vierte en el entorno una y otra vez, y cada vez que el sistema se enfría. El frío depende de cuánto trabajo se puede hacer para quitar el calor y el tamaño del depósito para verterlo.
Aplicando técnicas matemáticas de la teoría de la información cuántica, demostraron que ningún sistema real alcanzará nunca 0 kelvin: esto tomaría un número infinito de pasos.
Sin embargo, acercarse al cero absoluto es posible, y Masanes y Oppenheim cuantificaron los pasos del enfriamiento, estableciendo límites de velocidad para determinar cuán frío puede llegar un sistema dado en tiempo finito.
Eliminar la incertidumbre
A medida que avanza la computación cuántica, la necesidad de cuantificar el enfriamiento se vuelve más urgente. Para almacenar datos, las partículas en un ordenador cuántico se ponen en estados energéticos particulares; Energía extra y el calor que trae empujan las partículas fuera de esos estados, degradando o destruyendo los datos almacenados.
"No es sólo la eliminación de la energía del sistema", dice Masanes. "También se trata de eliminar la incertidumbre".
Los límites establecidos por esta investigación son mucho menos estrictos que las limitaciones tecnológicas para ahora: nadie ha alcanzado temperaturas o velocidades de enfriamiento cerca de lo que Masanes y Oppenheim encontraron son los límites. A medida que la tecnología mejora, esperan que estos límites comiencen a ser prácticamente relevantes.
"El trabajo es importante - la tercera ley es una de las cuestiones fundamentales de la física contemporánea", dice Ronnie Kosloff, de la Universidad Hebrea de Jerusalén. "Relacionar la termodinámica, la mecánica cuántica, la teoría de la información, es un punto de encuentro de muchas cosas".
Fuente: www.newscientist.com
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