Ученые математически доказали недостижимость абсолютного нуля температуры
Законы термодинамики, являющиеся краеугольными камнями современной физики, помогают нам объяснить поведение и изменение физических свойств объектов и сред при определенных условиях и обстоятельствах. Первые два закона в фундаментальном плане никогда особо не подвергались критике и пересмотру, чего нельзя сказать о третьем. Он был выведен немецким физиком и химиком Вальтером Нернстом в 1906-1912 годах, однако ученые до сих пор спорят о его состоятельности.
Из него следует, что:
«Энтропия любого идеально чистого вещества в термодинамическом равновесии стремится к нулю при приближении абсолютно нуля температуры, так же как и температура любого чистого вещества в термодинамическом равновесии стремится к нулю, когда энтропия этого вещества стремится к нулю»».
В недавнем исследовании, результаты которого были опубликованы в журнале Nature Communications, ученые из Университетского колледжа Лондона доказали, что в системе, где энтропия не может достичь абсолютного нуля, достичь (за определенное количество шагов) температуры тела, равной абсолютному нулю, невозможно.
«Мы доказали, что при наличии ограниченного числа шагов охладить систему до абсолютного нуля не представляется возможным. Затем мы пришли к выводу, что невозможно охладить систему до абсолютного нуля и за определенный промежуток времени, а также установили связь между временем и максимально возможно низкой температурой, коей является скорость охлаждения», — говорит Луис Масанес, один из авторов нового исследования.
Исследователи надеются, что благодаря этим выводам другие ученые начнут более серьезно относиться к третьему закону термодинамики, который, если говорить простыми словами, как раз и говорит о недостижимости абсолютного нуля температуры. Помимо этого, исследователи верят, что их работа может иметь важное практическое значение. Ведь понимание процесса охлаждения и его максимальных значений поможет нам, например, в дальнейшей разработке технологий квантовых вычислений.
За последние годы сфера квантовых вычислений привлекает очень повышенное внимание со стороны самых именитых технологических гигантов, например, таких как IBM, которая уже вовсю активно пытается вывести квантовые вычисления на коммерческие рельсы.
Понимание третьего закона термодинамики и уровней, при которых происходит охлаждение, позволит продвинуться в квантовых исследованиях еще дальше, так как одной из ключевых проблем подобных вычислений является перегрев квантовых систем.