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塞维利亚大学的一项研究解决了一個存在 120 年的问题,并修正了爱因斯坦(Einstein )的一个观点。

该研究论文认为,热力学第三定律是第二定律的推论结果,而不是一个独立概念。

Peer-Reviewed Publication

University of Seville

塞维利亚大学的教授何塞·玛丽亚·马丁·奥拉拉(José María Martín Olalla )发表了一篇研究成果,解决了120年前热力学领域出现的一个问题。由此,他修正了阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)一个多世纪前提出的观点。

能斯特定理(Nernst)——一项于 1905 年提出的普遍性实验观察结果,该定理指出,当温度趋近于零时,熵的交换趋近于零——在《欧洲物理杂志 》(The European Physical Journal Plus)上发表的一篇论文中与热力学第二定律直接联系在一起,该论文唯一作者是马丁·奥拉拉(Martín Olalla)教授。除了解决120年前提出的问题外,该结论还扩展了与热力学第二定律(即宇宙熵增加的定律)相关的影响后果。

20世纪初,当人们研究物质在接近绝对零度(零下273度)时,就出现了能斯特(Nernst)定理的物质普遍性问题。瓦尔特·能斯特(Walther Nernst)凭借这些研究而获得了1920年诺贝尔化学奖。

为了对其结果进行解释,能斯特(Nernst )认为绝对零度是无法达到的,否则就可以制造出一机器,利用绝对零度作为冷却剂的机器,将所有热能转化为工作,然而这与熵增原理相悖。因此他也在 1912 年证明了他自己的定理。

随后,爱因斯坦(Einstein )立即反驳了这一论证,指出这种假设的机器在实际上无法建造,因此无法质疑熵增原理的有效性。为此爱因斯坦把第二热力学定律从第二热力学定律中分离出来,并将其与第二热力学定律独立的第三热力学定律联系起来。现在这种观点已被质疑。

在演示中,马丁·奥拉拉(Martín Olalla )教授提出两个被能斯特和爱因斯坦忽略的细节:亦即热力学第二定律的形式,一方面要求能斯特设想的机器必须存在,另一方面又要求该机器是虚拟的;这台机器不会消耗任何热量,不产生任何工作,也不质疑热力学第二定律。把这两种想法结合起来,可以得出以下结论:那就是当温度趋近于零时,熵的交换趋近于零(这就是是能斯特定理),然而绝对零度是无法达到的。

马丁·奥拉拉(Martín Olalla)指出:“热力学的基本问题是区分温度感觉(即热和冷的感受)与温度作为物理量的抽象概念区分开来。在能斯特与爱因斯坦的讨论中,温度只是一个经验参数:绝对零度条件由气体压力或体积接近零来表示。从形式上讲,热力学第二定律提供了更具体的自然零温概念。这个概念与任何感觉无关,而是与能斯特想像的那台必须是虚拟的机器有关。这彻底改变了证明定理的方法。”

该研究指出,在绝对零度附近,物质唯一与热力学第二定律无关的普遍特性是热容量的消失,这一结论也由能斯特(Nernst)于1912年提出。然而,马丁·奥拉拉(Martín Olalla )提出的不同形式化表述:“热力学第二定律包含这下面观点,亦即在绝对零度时熵是唯一。热容量的消失只是补充这个唯一值为零。这似乎更像是一个重要注解,而不是一个新原理。”

我教授的塞维利亚大学热力学课程学生们是第一个了解这个新颖观点的首批学生。我希望通过这篇论文发表,本研究论点能够被更多人了解,但我知道学术界仍存在很大的惯性。

 

 


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