José María Martín Olalla, físico y profesor de la Universidad de Sevilla, ha desafiado a uno de los físicos más importantes de todos los tiempos, Albert Einstein. Tras 120 años sin respuesta, el profesor español ha logrado resolver un histórico problema de la termodinámica, reabriendo un debate y aportando una nueva y sorprendente perspectiva.
Su investigación, publicada en la revista The European Physical Journal Plus, trata de la relación entre el teorema de Nernst y el segundo principio de la termodinámica.
¿Qué es el teorema de Nernst?
Este teorema fue formulado en 1905 por el químico alemán Walther Nernst, quien investigaba el comportamiento de la materia a temperaturas extremadamente bajas, próximas al cero absoluto (-273 °C). En este contexto, Nernst propuso que los intercambios de entropía –una medida del desorden o la energía no disponible de un sistema– tienden a desaparecer cuando la temperatura se acerca a ese límite.
En este sentido, si alguien lograra alcanzar el cero absoluto, sería teóricamente posible construir una máquina que transformara todo el calor en trabajo útil, algo que violaría el segundo principio de la termodinámica, ya que este afirma que la entropía del universo siempre tiende a aumentar. Por esta razón, Nernst afirmó que el cero absoluto debía ser inalcanzable, idea por la que ganó el Premio Nobel de Química en 1920.
La oposición de Einstein y la corrección de Martín Olalla
Sin embargo, Albert Einstein refutó la conclusión de Ernst en 1912. Según él, esa hipotética máquina no podría construirse realmente, por lo que no suponía una amenaza para el segundo principio. Por ello, Einstein desligó el teorema de Nernst del segundo principio de la termodinámica y lo vinculó a un tercer principio independiente.
Ahora, más de un siglo después, el profesor Martín Olalla ha retomado esta discusión, ofreciendo una nueva visión. Según su trabajo, Nernst y Einstein omitieron dos detalles clave. El primero: el segundo principio sí exige la existencia de esa máquina hipotética. El segundo: dicha máquina debe ser virtual, es decir, no consumir calor ni producir trabajo real.
Olalla ha demostrado que, efectivamente, los intercambios de entropía tienden a cero al acercarse al cero absoluto, y que este estado extremo no puede alcanzarse, tal y como decía Nernst. Pero lo importante es que, según su enfoque, el segundo principio basta para llegar a esta conclusión, sin necesidad de apelar a un tercer principio separado, como sugería Einstein.
Para Martín Olalla, este avance va más allá de un debate teórico. El físico ha señalado que uno de los grandes retos de la termodinámica es separar las sensaciones subjetivas de temperatura –como frío o calor– del concepto físico de temperatura, que es un concepto más abstracto.
"La clave está en entender el cero absoluto no como una sensación o un valor empírico, sino como una condición física que implica que esa máquina de Nernst, aunque solo sea virtual, no puede funcionar", ha explicado el profesor. Este enfoque "cambia radicalmente la manera de abordar la demostración del teorema", ha añadido.
Además, su estudio ha propuesto una reformulación del tercer principio: no sería necesario considerarlo como un principio independiente. En su lugar, el segundo principio incluiría ya la idea de que la entropía es única en el cero absoluto, y el hecho de que las capacidades caloríficas desaparecen en ese punto sería solo una consecuencia adicional.
De las aulas a la comunidad científica
Aunque su trabajo ha sido publicado en una revista científica de prestigio, Olalla ha reconocido que sus alumnos fueron los primeros en conocer su investigación: "Mis alumnos de Termodinámica fueron los primeros en ver esta demostración. Espero que con esta publicación la demostración sea más conocida, pero sé que el mundo académico tiene una gran inercia".
Su aportación no solo ha resuelto un dilema histórico, sino que también ha invitado a repensar cómo se enseñan y entienden los fundamentos de la física en las universidades. Una vez más, la investigación física ha puesto en cuestión verdades que estaban ocultas durante más de un siglo.