Un físico español resuelve un dilema centenario de la termodinámica que Einstein consideró irresoluble

Una máquina térmica ideal que utilice una fuente a temperatura cero como uno de sus depósitos no puede producir trabajo ni intercambiar calor. El segundo principio de la termodinámica lo impide con una lógica tan aplastante que no necesita apoyos adicionales.

Al eliminar cualquier interacción energética posible, también queda descartada la posibilidad de modificar la entropía del sistema. Este comportamiento, según el físico sevillano José María Martín Olalla, resuelve una disputa teórica iniciada hace más de un siglo en torno al teorema de Nernst.

Una vieja ley relegada reaparece como consecuencia lógica de la teoría más sólida

En un artículo publicado en The European Physical Journal Plus, Martín Olalla sostiene que esa vieja formulación sobre la entropía, que había quedado relegada como un añadido discutible, puede deducirse de forma natural y directa del segundo principio. En lugar de justificarla con supuestos externos, el investigador muestra que es una consecuencia necesaria si se acepta la imposibilidad de que una máquina de Carnot ideal funcione con uno de sus depósitos a temperatura cero.

La polémica se remonta a los primeros años del siglo XX, cuando Walther Nernst propuso que, al acercarse al cero absoluto, los intercambios de entropía entre estados tienden a desaparecer. Lo planteó como una forma de preservar el segundo principio: si esa condición no se cumpliera, una máquina térmica podría convertir todo el calor en trabajo. Por tanto, razonaba, el cero absoluto debía ser inalcanzable.

Albert Einstein respondió con reservas. Argumentó que esa hipótesis se basaba en una máquina imposible de construir y, por tanto, no podía respaldar un principio universal. En su lugar, sugirió establecer un tercer principio, autónomo, que garantizara esa inmovilidad de la entropía en temperaturas extremas. Con esa intervención, la ley de Nernst quedó separada de los fundamentos principales de la termodinámica.

Una idea sencilla permite unir lo que durante un siglo se había mantenido separado

La propuesta de Martín Olalla le da la vuelta a esa separación. Su análisis parte del modelo de Carnot, que representa el límite ideal de una máquina térmica reversible. Si uno de sus depósitos estuviera a temperatura cero, no se produciría transferencia de calor, lo que impide cualquier transformación del sistema. En este punto, el investigador introduce un detalle conceptual decisivo: esa máquina no tiene que existir físicamente. Es suficiente con que su comportamiento no contradiga los principios teóricos.

El profesor de la Universidad de Sevilla desarrolla esta idea en el estudio con un enfoque pedagógico claro, al afirmar que “el segundo principio contiene la idea de que la entropía es única en el cero absoluto”. A partir de ahí, argumenta que la otra conclusión empírica recogida por Nernst en 1912 —la desaparición de las capacidades caloríficas en torno al cero absoluto— no exige un principio independiente, sino que “parece más una apostilla, importante, que un nuevo principio”.

Ese planteamiento permite simplificar la enseñanza de la termodinámica en niveles avanzados. Al considerar que el teorema de Nernst puede derivarse directamente del segundo principio, se evita la necesidad de separar entre pilares teóricos fundamentales y observaciones empíricas con categoría de ley. En sus clases universitarias, Martín Olalla ya ha incorporado esta explicación como parte de su temario habitual.

En el artículo se recoge también una observación metodológica que refuerza esta nueva visión. Al hablar sobre la distinción entre conceptos físicos y sensaciones térmicas, el autor apunta que “un problema fundamental en termodinámica es distinguir la sensación de temperatura, las sensaciones de caliente y frío, del concepto abstracto de temperatura como magnitud física”.

Este planteamiento aporta además una solución formal al viejo problema planteado por Nernst sin necesidad de recurrir a experimentos imposibles ni a hipótesis adicionales. En lugar de aceptar que el teorema era una excepción, lo reintegra dentro del esquema clásico de la termodinámica con argumentos lógicos derivados del segundo principio.

Martín Olalla concluye que esta reinterpretación puede servir para actualizar la enseñanza científica y corregir una separación conceptual que se arrastraba desde hace más de un siglo. Aunque reconoce que “el mundo académico tiene una gran inercia”, considera que la publicación del estudio es un primer paso para afianzar esta nueva perspectiva.