Théorème de Nernst – une observation expérimentale générale présentée en 1905 que les échanges d'entropie ont tendance à zéro lorsque la température tend à zéro – a été directement lié au deuxième principe de la thermodynamique dans un article publié dans The European Physical Journal Plusdont le seul auteur est le professeur José Martín-Olalla de l'Université de Séville.
En plus de résoudre un problème posé il y a 120 ans, la démonstration est une extension des conséquences liées au deuxième principe de la thermodynamique (le principe qui établit l'entropie croissante de l'univers). Il corrige également une idée proposée il y a plus d'un siècle par Albert Einstein.
Le problème du théorème de Nernst est apparu au début du 20e siècle lorsque les propriétés générales de la matière à des températures proches du zéro absolu (-273 ° C) étaient étudiées. Walther Nernst a reçu le prix Nobel de chimie en 1920 pour ces études.
Pour expliquer ses résultats, Nernst a soutenu que le zéro absolu devait être inaccessible, car sinon il serait possible de construire un moteur qui, en utilisant un zéro absolu comme liquide de refroidissement, convertirait toute la chaleur en travail, allant à l'encontre du principe de l'augmentation de l'entropie. Ainsi, il a prouvé son théorème en 1912.
Immédiatement après, Einstein a réfuté cette démonstration en soulignant qu'un tel moteur hypothétique ne pouvait pas être construit dans la pratique et, par conséquent, ne pouvait pas remettre en question la validité du principe de l'entropie augmenter. Ainsi, Einstein a détaché le théorème du deuxième principe de la thermodynamique et l'a associé à un troisième principe, indépendant du second. Cette idée est maintenant réfutée.
Dans la manifestation présentée, le professeur Martín-Olalla présente deux nuances qui ont été omises par Nernst et Einstein: le formalisme du deuxième principe de la thermodynamique, d'une part, nécessite l'existence du moteur imaginé par Nernst, et, d'autre part, que cette machine soit virtuelle; Le moteur ne consomme aucune chaleur, ne produit aucun travail et ne remet en question le deuxième principe.
La concaténation des deux idées nous permet de conclure que les échanges d'entropie ont tendance à zéro lorsque la température a tendance à zéro (qui est le théorème de Nernst) et que le zéro absolu est inaccessible.
Martin-Olalla souligne que « un problème fondamental dans la thermodynamique consiste à distinguer la sensation de température, les sensations de chaud et de froid, du concept abstrait de la température en quantité physique. Dans la discussion entre Nernst et Einstein, la température était simplement un paramètre empirique: la condition zéro absolue était représentée par la condition que la pression ou le volume d'un gaz devenait près de zéro.
« Formellement, le deuxième principe de la thermodynamique fournit une idée plus concrète du zéro naturel de la température. L'idée n'est liée à aucune sensation, mais à ce moteur imaginé par Nernst mais qui doit être virtuel. Cela modifie radicalement l'approche de la preuve du théorème. »
L'étude souligne que la seule propriété générale de la matière près de zéro absolu qui ne peut pas être liée au deuxième principe de la thermodynamique est l'annulation des capacités thermiques, également compilée par Nernst en 1912. Cependant, Martin-Olalla propose une formalisation différente: « Le deuxième principe contient l'idée que l'entropie est unique à zéro absolue. Annexe qu'un nouveau principe. «
Le professeur souligne que la publication de cet article est une première étape vers l'acceptation de ce nouveau point de vue. « Les étudiants du cours de la thermodynamique que j'enseigne ont été les premiers à découvrir cette démonstration. J'espère qu'avec cette publication, la démonstration sera mieux connue, mais je sais que le monde académique a beaucoup d'inertie. »
