物理學家破解120年熱力學難題 糾正愛因斯坦觀點

塞維利亞大學教授何塞·瑪麗亞·馬丁-奧拉利亞發表論文，成功解決困擾學界120年的熱力學難題，並修正了愛因斯坦早年提出的理論。這項突破性研究將能斯特定理直接與熱力學第二定律連結，證明第三定律其實是第二定律的延伸，而非獨立存在的原則。

這項發表在《歐洲物理期刊Plus》的研究，重新詮釋了1905年提出的能斯特定理。該定理指出當溫度趨近絕對零度時，熵交換會趨近於零。馬丁-奧拉利亞教授的論證擴充套件了熱力學第二定律的意涵，該定律認為宇宙中的熵總是傾向增加。

能斯特定理相關爭議起源於20世紀初，當時科學家正研究物質在接近絕對零度（攝氏零下273度）時的行為。能斯特因相關研究貢獻，於1920年獲得諾貝爾化學獎。他主張絕對零度不可達到，否則理論上可建造一種引擎，利用絕對零度作為冷卻劑，將所有熱能轉化為功，這將違反熵增原理。

愛因斯坦隨後提出質疑，認為這種引擎實際上不可能建造，因此不會真正威脅熱力學第二定律。他將能斯特定理從第二定律分離，確立為第三定律。如今，這項新研究推翻了愛因斯坦的見解。

馬丁-奧拉利亞教授在論證中引入了能斯特和愛因斯坦都忽略的兩個關鍵：首先，熱力學第二定律的形式體系需要能斯特想像的引擎存在；其次，這臺引擎必須是虛擬的——不消耗任何熱量、不做功、也不違反第二定律。結合這兩點可推匯出能斯特定理，同時證明絕對零度不可達。

研究指出，熱力學的根本問題在於區分溫度感受（冷熱感覺）與作為物理量的抽象溫度概念。在能斯特與愛因斯坦的討論中，溫度只是經驗引數：絕對零度條件由氣體壓力或體積趨近於零來表示。而第二定律提供了更具體的自然零度概念，這個概念與能斯特想像但必須是虛擬的引擎相關，徹底改變了定理證明的方法。

唯一無法與第二定律建立關聯的，是1912年能斯特提出的熱容量消失現象。但馬丁-奧拉利亞提出不同詮釋：第二定律已包含絕對零度時熵唯一的觀念，熱容量消失僅說明這個唯一值是零，更像重要附錄而非新原則。

塞維利亞大學教授表示，這篇論文的發表是學界接受新觀點的第一步。他教授的熱力學課程學生是首批接觸這項證明的人。雖然學術界變革緩慢，但他希望透過發表讓證明廣為人知。

參考文獻：何塞-瑪麗亞·馬丁-奧拉利亞，《能斯特定理的證明》，2025年6月13日，《歐洲物理期刊Plus》。DOI: 10.1140/epjp/s13360-025-06503-w

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