por Lea Crane
publicado n/a científico nuevo
Isso es absoluto. Las matemáticas han impuesto límites de velocidad en el enfriamiento de los sistemas físicos, demostrando finalmente una ley centenaria: a menos que tenga tiempo y recursos infinitos, no puede alcanzar la temperatura cero absoluta.
En 1906, el químico alemán Walther Nernst formuló el teorema del calor, que establece que: a medida que un cristal perfecto se acerca al punto cero absoluto de 0 Kelvin (-273,15°), la entropía del sistema también tiende a cero. Este trabajo le valió el Premio Nobel de Química en 1920.
La regla fue controvertida, con pesos pesados como Albert Einstein y Max Planck debatiendo e introduciendo sus propias formulaciones. En 1912, Nernst defendió su versión añadiendo otra cláusula, o principio inaccesible, que establece que el cero absoluto es físicamente imposible.
Juntas, estas dos reglas incluyen una tercera ley moderna de la termodinámica.
Pero dado que los argumentos iniciales se relacionan solo con mecanismos específicos o foros debilitados por suposiciones cuestionables, algunos físicos siempre sospecharán de su validez.
exámen de matemáticas
Agora, Jonathan Oppenheim y Lluís Masanes del University College London derivarán matemáticamente el principio inaccesible y pondrán límites a la rapidez con la que un sistema puede resfriarse, creando una prueba general de la Tercera Ley.
«En informática, la gente se enfrenta a esta pregunta o a todo: ¿cuánto tiempo se tarda en realizar un cálculo?», explica Oppenheim. «Al igual que una máquina de computación que realiza un cálculo, una máquina de refrigeración enfría un sistema». Así que él y Masanes preguntaron cuánto tardaría en enfriarse.
El enfriamiento se puede considerar como una serie de pasos: el calor se elimina del sistema y agota el entorno circundante repetidamente y cada vez más, o el sistema se vuelve más frío. Qué tan frío depende de cuánto trabajo se puede hacer para remover o calentar del tamaño del tanque para vaciarlo.
Aplicando las técnicas matemáticas de la teoría de la información cuántica, demostraron que El sistema nenhum real puede alcanzar 0 Kelvin: sería necesario un número infinito de pasos.
Sin embargo, es posible acercarse al cero absoluto, y Masanes y Oppenheim cuantificaron los pasos de enfriamiento, estableciendo límites de velocidad para el enfriamiento de un sistema dado en un tiempo finito.
Eliminar la incertidumbre
hasta tal punto que computación cuántica avanzada, debido a la necesidad de cuantizar o enfriar, se vuelve más importante. Para tienda de dadoscomo em um partículas computadora cuántica se colocan en ciertos estados de energía; La energía extra y el calor tomado impurezas las partículas para estos estados, degradando o destruyendo los datos almacenados.
“No se trata solo de sacar energía del sistema”, dice Masanes. «También se trata de eliminar la incertidumbre».
Los límites establecidos por esta investigación son menos estrictos que las limitaciones tecnológicas actuales: no se alcanzó ninguna temperatura o tasa de enfriamiento antes de que Masanes y Oppenheim encontraran límites. A medida que la tecnología mejora, esperan que estos límites comiencen a ser relevantes en la práctica.
«El trabajo es importante: una tercera lectura es uno de los temas fundamentales de la física contemporánea», dice Ronnie Kosloff, de la Universidad Hebrea de Jerusalén. «Isso trata sobre termodinámica, mecánica cuántica, teoría de la información; es un punto de encuentro para muchas cosas».
El estudio fue publicado na Naturaleza Comunicación.