Vanuit de Universiteit van Sevilla heeft professor José María Martín Olalla, van de afdeling Fysica van Gecondenseerde Materie, een brug geslagen tussen de klassieke thermodynamica en moderne waarnemingen door de rol van de tweede wet opnieuw te interpreteren in een van de meest raadselachtige fenomenen: de annulering van de specifieke warmte bij temperatuur nul.
Onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Physica Scripta, legt het onderzoek een directe verbinding tussen deze annulering (experimenteel waargenomen sinds het begin van de 20e eeuw) en het principe van de toename van de entropie van het universum. Deze bijdrage herinterpreteert niet alleen een vraag van meer dan honderd jaar, maar herschrijft ook het conceptuele evenwicht van de thermodynamica zoals we die kenden.
Deze vooruitgang voegt zich bij een ander werk dat dezelfde auteur in juni 2025 in het European Physical Journal Plus publiceerde, waar Martín Olalla al het Nernst-theorema (een andere opkomende eigenschap aan de rand van het absolute nulpunt) had gekoppeld aan de tweede wet van de thermodynamica, waarmee hij oorspronkelijke ideeën van Einstein corrigeerde die decennialang onwrikbaar leken.
Met beide werken wordt een ambitieuze stelling tekenen: de twee grote pilaren van de thermodynamica (de wet van behoud van energie en de toename van entropie) zouden voldoende zijn om het macroscopische gedrag van materie zelfs onder extreme omstandigheden te verklaren, waardoor de noodzaak om een derde principe als onafhankelijk te beschouwen, vervalt.
De Geboorte van de Kwantumfysica
Vanuit fysisch perspectief vertegenwoordigt de specifieke warmte de weerstand die een lichaam biedt tegen verandering van temperatuur. In het begin van de 20e eeuw verraste de annulering van deze eigenschap nabij het absolute nulpunt de wetenschappelijke gemeenschap, omdat het in tegenspraak was met de klassieke visie waarbij elke thermische verandering een energiewissel vereiste.
De verklaring kwam, gedeeltelijk, met de kwantumfysica: in 1907 was Albert Einstein de eerste die deze theorie gebruikte om dit fenomeen te rechtvaardigen, hoewel hij het volledig loskoppelde van de tweede wet van de thermodynamica, wat uiteindelijk de idee van een “derde principe” versterkte om het gedrag van systemen bij lage temperaturen uit te leggen.
Echter, het nieuwe werk van Martín Olalla verandert deze benadering. Hij stelt dat de annulering van de specifieke warmte geen anomalie is die uitsluitend vanuit de kwantumfysica moet worden verklaard, maar een natuurlijke consequentie van de stabiliteit van evenwicht, een eigenschap die rechtstreeks voortvloeit uit de tweede wet.
Deze stabiliteit houdt in dat de evenwichtscondities oneindig moeten aanhouden, tenzij een externe verstoring deze verandert, waardoor de materie nabij het absolute nulpunt op een voorspelbare en coherente manier zou gedragen, zonder dat er een nieuwe theorie moet worden gepostuleerd.
Een Eleganter Kader
Vanuit dit perspectief verdiept de studie zich in een essentiële voorwaarde: om stabiel te zijn bij elke temperatuur die afwijkt van nul, moeten de specifieke warmtecapaciteiten positief zijn. Volgens deze redenering toont de professor aan dat dezelfde eis oplegt dat, bij het bereiken van het absolute nulpunt, de specifieke warmtecapaciteiten zich net zo snel moeten annuleren als de temperatuur zelf.
Zoals de auteur zelf concludeert, blijft de gebruikelijke verklaring (gebaseerd op de kwantuminterpretatie van materie) geldig, maar is het niet langer essentieel. “De natuur voorkomt vanzelf situaties die ons naar onstabiele staten nabij het absolute nulpunt zouden leiden,” poneert professor Martín Olalla, die benadrukt dat “materie, zelfs in de meest extreme omstandigheden, zich gedraagt volgens de vereisten van thermische stabiliteit. Het is niet nodig om een nieuw principe uit te vinden om te beschrijven wat al regulier en voorspelbaar is.”
Met dit dubbele werk stelt de Sevillaanse wetenschapper een eleganter, zelfvoorzienend en vooral verenigd kader voor, waarin de grote wetten van de thermodynamica op zichzelf al voldoende zijn om het gedrag van materie te omarmen, van de branderige temperaturen van sterren tot het absolute nulpunt.
