Tercera Ley de la Termodinámica

El Tercer Principio de la Termodinámica

En cierta ocasión el escritor y humorista Mark Twain contó la historia de un clima tan frío que la sombra de los marineros se congelaba en la cubierta. ¿Cuánto frío podría alcanzar nuestro entorno?

Desde la perspectiva de la física clásica, el tercer principio de la termodinámica afirma a medida que la temperatura de un sistema se aproxima a cero absoluto ( 0K , -273.15°C ), todos los procesos se detienen y la entropía del sistema se acerca a un valor mínimo. Desarrollada por el químico alemán Walther Nerst en torno a 1905, la ley puede enunciarse del siguiente modo: cuando la temperatura de un sistema se aproxima al cero absoluto, la entropía, o desorden (S), se aproxima a una constante S₀. En términos clásicos, la entropía de una sustancia pura y perfectamente cristalina sería 0 si la temperatura pudiera reducirse realmente hasta cero absoluto.

Si nos servimos del análisis clásico, todo movimiento se detiene en cero absoluto. En cualquier caso, el movimiento del punto cero de la mecánica cuántica permite a los sistemas en su estado de mínima energía posible (es decir, su estado fundamental) tener la probabilidad de encontrarse en amplias regiones del espacio. Así, dos átomos enlazados no están separados por una distancia fija, sino que podemos imaginar una rápida vibración subyacente, incluso en el cero absoluto. En lugar de afirmar que el átomo permanece inmóvil, decimos que se encuentra en un estado del que no se puede extraer más energía; la energía restante se denomina energía del punto cero.

La expresión del movimiento del punto cero se utiliza en física para describir el hecho de que los átomos de un sólido (incluso de un sólido superfrío) no permanecen en puntos geométricos exactos de la red, si no que existe una distribución de probabilidad tanto para sus posiciones como para sus momentos. Los científicos, aunque parezca increíble, han conseguido temperaturas de 100 picokelvins (.0000001K por encima del 0 adsoluto) enfriando un trozo de metal llamado rodio.

Es imposible enriar un cuerpo hasta el cero absoluto mediante un proceso finito. 

Según el físico James Trefil:

“No importa lo inteligentes que lleguemos a ser, la tercera ley nos dice que nunca podremos cruzar la frontera final que nos separa del cero absoluto”.