¿Han cambiado las leyes de la termodinámica últimamente?

Creo que hay dos puntos notables que hacer:

1. Las leyes básicas de la mecánica estadística (la base de la termodinámica) también existieron hace unos 100 años, y las usamos en la misma forma básica. Me atrevería a decir que una comprensión más completa de las matemáticas nos ha llevado a refinar esas leyes y a darnos una defensa más fuerte de los postulados básicos, pero no alterar su esencia. (Si está interesado, busque los teoremas ergódicos. En realidad no podemos probarlos para la mayoría de los sistemas que nos gustaría, pero supongamos que los tenemos de todos modos, y funciona bien). Mi parte favorita sobre la mecánica estadística es que el general La metodología no ha cambiado entre un sistema clásico y un sistema cuántico: no era necesario volver a escribir la teoría para explicar el mundo cuántico, aunque cosas como las estadísticas de Fermi-Dirac y Bose-Einstein ciertamente hacen que sea más fácil hacer cálculos para partículas cuánticas.

2. Si está pensando en las “leyes de la termodinámica” como en la 0ª, 1ª, 2ª y 3ª ley, solo quedan las 1ª y 2ª. Dado que el primero es la conservación de la energía, presumiblemente no vamos a ceder en eso pronto. La segunda es que la entropía no disminuye en todo el universo, todavía creemos que eso también es válido. El 0 es que dos cuerpos en equilibrio térmico tienen la misma temperatura; Esto no es realmente cierto en la relatividad general, aunque no puedo pensar en una forma intuitiva de explicar el efecto que no sea que el equilibrio térmico es fundamentalmente sobre la ausencia de flujo de calor entre los puntos en el espacio, no sobre la temperatura, y que en el espacio-tiempo curvo los dos ya no coinciden necesariamente. La tercera ley de la termodinámica dice que la entropía llega a cero a temperatura cero. Creemos ahora que algunos sistemas pueden existir, sin embargo, que tienen entropía distinta de cero a temperatura cero.

La respuesta de Todd Gingrich también es muy buena. Supongo que mi punto general es que si está dispuesto a pensar en la física estadística como la verdadera teoría de la termodinámica, el campo es en realidad bastante moderno a pesar de que sus fundamentos se establecieron antes que la mecánica cuántica. Sin embargo, ahora se sabe que las cosas que asociaría tradicionalmente con la termodinámica clásica no siempre son ciertas.

En los últimos cien (más) años hemos llegado a comprender que la termodinámica clásica surge de la mecánica estadística. Esto no ha revisado la termodinámica per se, pero la ha reemplazado con una teoría más poderosa. Sin embargo, vale la pena señalar que la termodinámica clásica sigue siendo muy importante como un marco matemático compacto válido en un límite particular, de la misma manera que todavía estudiamos la mecánica clásica como el comportamiento limitante de los fenómenos cuánticos. La termodinámica es la teoría para estudiar las fluctuaciones en sistemas macroscópicamente grandes (el límite de tamaño infinito del sistema).

El trabajo revolucionario pertinente de las últimas décadas cae en el campo de la mecánica estadística. En particular, los métodos del grupo de renormalización de Kenneth Wilson iluminaron los llamados fenómenos críticos cerca de las transiciones de fase de segundo orden (continua). Las transiciones de fase de segundo orden son un tema que surge en la termodinámica clásica, pero la comprensión completa solo puede obtenerse mediante los métodos de la mecánica estadística. De particular interés es la existencia de la universalidad. Los métodos de renormalización explican por qué el comportamiento de muchos tipos muy diferentes de sistemas físicos se comportan de manera casi idéntica cerca de una transición de fase de segundo orden. Se puede demostrar que los detalles microscópicos dejan de ser importantes y más bien el comportamiento está dominado por una pequeña cantidad de factores como la dimensionalidad del espacio. Como usted preguntó sobre termodinámica y no sobre el grupo de renormalización, lo dejaré así.

Si.

La mecánica cuántica nos dice que es imposible alcanzar el cero absoluto (cero absoluto -> sin incertidumbre), lo que tiene implicaciones para la tercera ley.

La segunda ley se ha ampliado para incluir la relatividad general. Buscar entropía de un agujero negro.

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