Vinculan la anulación de los calores específicos en el cero absoluto con el principio de aumento de la entropía

El profesor José María Martín Olalla, del Departamento de Física de la Materia Condensada de la Universidad de Sevilla, ha descrito en su nuevo trabajo la vinculación directa entre la anulación de los calores específicos en el cero absoluto —una observación experimental de carácter general establecida a principios del siglo 20º— y el segundo principio de la termodinámica. El estudio, que ha sido publicado en Physica Scripta, reinterpreta un problema de 100 años y completa las consecuencias del principio de aumento de la entropía del universo.

El nuevo trabajo sucede a otro publicado en la revista European Physical Journal Plus en junio del 2025, donde el profesor Martín Olalla vinculó el teorema de Nernst (la otra propiedad general de la materia en el cero absoluto) con el segundo principio de la termodinámica, corrigiendo una idea original de Einstein. Con estos dos trabajos, los dos grandes principios de la termodinámica (conservación de la energía y aumento de la entropía) bastarían para explicar las propiedades macroscópicas de la materia en todo el espectro de temperaturas incluido, ahora, el cero absoluto, siendo innecesario un tercer principio independiente.

El calor específico es la resistencia que presenta un objeto a cambiar de temperatura. La anulación de esta propiedad en el cero absoluto supuso una conmoción para la comunidad científica a principios del siglo XX, puesto que entonces no había explicación dentro de la física clásica, donde un cambio de temperatura se asocia siempre a un intercambio energético. La anulación de los calores específicos implica que en el cero absoluto el cambio de temperatura no necesita de intercambio energético. En 1907 Einstein usó la física cuántica para explicar por primera vez el fenómeno, que quedó desvinculado del segundo principio de la termodinámica y pasó a constituir, junto con el teorema de Nernst, el tercer principio de la termodinámica.

El estudio del profesor Martín Olalla asocia ahora la anulación de los calores específicos en el cero absoluto con una consecuencia del segundo principio de la termodinámica: la estabilidad del equilibrio, que es la propiedad de los estados de equilibrio para persistir indefinidamente hasta que una acción externa lo perturba. De esta forma, la anulación de los calores específicos tendría una explicación termodinámica “clásica”, sin necesidad de llegar a conocer si el sistema es o no cuántico.

En el trabajo presentado, Martín Olalla analiza la condición general de estabilidad térmica, que obliga a que los calores específicos sean positivos a temperaturas distintas de cero, para mostrar que esta misma condición obliga a que en el cero absoluto los calores específicos  se anulen al menos tan rápidamente como se anula la temperatura.

“La interpretación microscópica de la anulación de los calores específicos alude a la naturaleza cuántica de la materia, pero el trabajo muestra que, con carácter general, la naturaleza evita situaciones que conducirían a un estado inestable en el cero absoluto” resumen el profesor Martín Olalla, que añade que “la materia se comporta cerca del cero absoluto tal y como predice la estabilidad térmica. No es necesario que un nuevo principio codifique un comportamiento regular y predecible”.

Referencias bibliográficas:

Martín-Olalla, José-María “Thermal stability originates the vanishing of the specific heats at absolute zero” Physica Scripta.  (2025) 100 125206  DOI: 10.1088/1402-4896/ae22a5