120 år gammal kontrovers avgjord med nytt matematiskt bevis
I juni 2025 publicerade den spanske fysikern José María Martín-Olalla (Universidad de Sevilla) ett öppet tillgängligt bevis som visar att det berömda Nernsts teorem faktiskt följer direkt av andra lagen i termodynamiken. Därmed försvinner behovet av en självständig tredje lag – den som sedan 1906 förknippats med Albert Einsteins invändningar. Resultatet publicerades i The European Physical Journal Plus och har snabbt väckt uppmärksamhet i forskarvärlden.
Bakgrund: Nernst, Einstein och “den tredje lagen”
- Nernsts teorem (1905–1912) slår fast att ett systems entropiändring går mot noll när temperaturen närmar sig absoluta nollpunkten (0 K).
- Walther Nernst menade att absoluta nollpunkten var oåtkomlig, annars skulle en Carnot-motor kunna omvandla all värme till arbete, i strid med andra lagen.
- Albert Einstein invände 1906–1912 att en sådan motor inte kan existera i verkligheten och separerade därför teoremet till en ny, “tredje” lag. Sedan dess har skolböckerna oftast behandlat tredje lagen som oberoende.
Det nya beviset
Martín-Olalla visar att om man tar den ideala Carnot-motorn på fullt allvar – men låter den bli virtuell (den omsätter varken värme eller arbete vid 0 K) – kräver redan Plancks formulering av andra lagen att entropiflödet går mot noll när T→0.
Två nyckelpunkter:
- Virtuell motor: Motorn existerar bara som tankeexperiment; den bryter inte mot andra lagen eftersom den inte producerar något arbete.
- Entropins entydighet vid 0 K: Andra lagen räcker för att fastställa att alla processer “klappar ihop” till samma entropivärde när temperaturen når absoluta nollpunkten. Avskaffandet av värmekapaciteten vid 0 K blir ett tillägg – inte en ny princip.
Varför är detta viktigt?
- Förenklad lärobok – färre grundläggande postulat inom termodynamiken.
- Tydligare definition av absoluta nollpunkten: den punkt där den reversibla Carnot-cykeln degenererar och inget arbete kan utvinnas.
- Didaktisk vinst – begrepp som entropi och temperatur kan förklaras med färre axiomer.
- Historisk upprättelse – Nernsts ursprungliga idé om inaccessibilitet bekräftas utan att bryta mot andra lagen.
Centrala begrepp förklarade
| Begrepp | Förklaring för allmänheten |
|---|---|
| Entropi (S) | Ett mått på oordning eller antal möjliga mikrotillstånd. När entropi ökar sprids energi och blir svårare att utnyttja. |
| Absoluta nollpunkten (0 K) | Den lägsta möjliga temperatur som fysiken tillåter. Molekylär rörelse når sitt minimum. |
| Carnot-motor | En ideal värmemotor som arbetar mellan två temperaturer med maximal verkningsgrad. |
| Andra lagen | Säger att entropin i ett slutet system aldrig minskar; värme spontant flödar från varmt till kallt. |
| Tredje lagen | Traditionsenligt: entropin går mot ett konstant (ofta noll) värde vid 0 K. |
Videoförklaring
En 11-minuters presentation av Martín-Olalla själv finns på YouTube:
Sammanfattning
Fysikern José María Martín-Olalla har med ett rent termodynamiskt resonemang visat att Nernsts teorem – att entropiändringar upphör vid 0 K – redan är en logisk följd av den andra lagen. Därmed omvandlas den klassiska tredje lagen till ett tillägg snarare än en fristående grundsats. Beviset använder ett virtuellt Carnot-tankeexperiment som varken bryter mot andra lagen eller kräver antaganden om värmekapacitetens bortfall. Resultatet skärper definitionen av absoluta nollpunkten och kan förenkla framtida läroböcker i termodynamik.
Källor
- Phys.org, “Thermodynamics revisited: Study solves 120-year-old problem and corrects one of Einstein’s ideas” (17 juni 2025).
- J. M. Martín-Olalla, Proof of the Nernst theorem, European Physical Journal Plus 140, 528 (2025). DOI: 10.1140/epjp/s13360-025-06503-w.
- EurekAlert! pressmeddelande, University of Seville (17 juni 2025).
- SciTechDaily, “Physicist Solves 120-Year-Old Thermodynamics Puzzle and Corrects Einstein” (30 juni 2025).
Taggar
Fysik – Artikeln behandlar grundläggande lagar inom termodynamiken, ett kärnområde inom fysiken.
Extra taggar
Termodynamik, Nernsts teorem, Andra lagen, Entropi – Dessa nyckelord motsvarar ämnesrubriker som skulle användas i ett vetenskapligt index eller databassökning.
