Durante más de un siglo, la termodinámica ha albergado un misterio sin resolver: ¿por qué, al acercarse al cero absoluto, los sistemas físicos parecen obedecer una ley aparte, desconectada de los grandes principios que gobiernan el universo térmico?
Lo que para muchos fue una excepción difícil de encajar, para José María Martín Olalla, físico de la Universidad de Sevilla, ha sido una rendija por donde arrojar nueva luz. Su reciente estudio publicado en The European Physical Journal propone algo más que una reinterpretación: plantea una resolución elegante y definitiva del llamado teorema de Nernst.
La audacia de su enfoque reside en su sencillez lógica. Lejos de invocar principios nuevos o conjeturas adicionales, Martín Olalla parte exclusivamente del segundo principio de la termodinámica, tan sólido como una montaña y tan universal como el paso del tiempo.
Desde esa base, demuestra que la ley de Nernst —esa que sostiene que la entropía no cambia a medida que un sistema se aproxima a la temperatura cero— no es un apéndice especulativo, como sostenía Albert Einstein, sino una consecuencia inevitable del entramado mismo que rige el comportamiento térmico del universo.
El origen del conflicto
El origen del conflicto se remonta a 1905, cuando el químico Walther Nernst formuló su teorema: al disminuir la temperatura hacia el cero absoluto, la variación de entropía entre dos estados de un sistema también tiende a desaparecer.
Era una afirmación basada en resultados empíricos, pero con implicaciones teóricas de gran calado. Para sostenerla, Nernst recurrió a un argumento por contradicción: si se pudiera llegar al cero absoluto, una máquina térmica podría convertir todo el calor en trabajo, violando así el segundo principio. Por tanto, razonó, ese estado debía ser inalcanzable. La máquina, claro, nunca se construyó. Pero su mera posibilidad bastaba para justificar la nueva ley.
Einstein, sin embargo, no estaba convencido. Consideraba que basar un principio universal en una máquina imposible era un error de método. En vez de seguir ese camino, postuló un tercer principio, separado de los anteriores, que garantizara esa inmutabilidad de la entropía a temperaturas extremas.
Así nació la llamada “tercera ley de la termodinámica”, concebida más como un pilar autónomo que como una consecuencia de los anteriores. El teorema de Nernst quedó, desde entonces, relegado al rincón de las excepciones.
La nueva solución
La propuesta de Martín Olalla invierte esta lógica. Basándose en el funcionamiento ideal de la máquina de Carnot —una construcción teórica perfecta para explorar los límites de la termodinámica—, analiza qué ocurre si uno de sus depósitos está formalmente a temperatura cero.
Si el segundo principio sigue siendo válido, esa máquina no puede realizar trabajo ni intercambiar calor. De ahí se deduce que no puede haber cambio de entropía en el sistema: exactamente lo que Nernst había afirmado, pero ahora sin paradojas ni suposiciones externas.
La clave, dice el autor, está en entender que esa máquina de Carnot hipotética no necesita ser construida. Basta con que sea consistente con los postulados de la física. En su análisis, Martín Olalla señala que esa máquina “virtual” no contradice el segundo principio, sino que lo afianza. Como no puede intercambiar calor ni realizar trabajo, no puede alterar la entropía de los sistemas involucrados. De ahí que el cambio de entropía a T = 0 tenga que ser cero, por simple necesidad lógica.
Esta perspectiva permite reintegrar el teorema de Nernst al corazón mismo de la termodinámica. Ya no hace falta tratarlo como una curiosidad aparte ni justificarlo con mecanismos externos. Su demostración, estrictamente derivada del segundo principio, devuelve a la física un orden perdido y, con él, una forma más compacta de enseñar y comprender los límites del comportamiento térmico.
Las implicaciones de esta reinterpretación son tanto prácticas como didácticas. Por un lado, permite redefinir el cero absoluto no como un ideal experimental, sino como una exigencia formal. En un entorno donde los sistemas cuánticos, la criogenia o la materia condensada desafían los marcos tradicionales, este nuevo enfoque aporta claridad conceptual. Por otro lado, abre la puerta a una enseñanza más coherente de la termodinámica, especialmente en etapas avanzadas de formación científica.
Tomado de National Geographic
