Il filo che unisce visibile e invisibile
Misuriamo il calore da due secoli senza che la matematica dietro quella misura sia mai stata messa alla prova. La termodinamica funziona, ma le sue basi teoriche sono rimaste meno precise di quelle costruite nel’900 per la meccanica quantistica. A cambiare le cose è ora uno studio dell’LSE.
Bryan W. Roberts, ricercatore alla London School of Economics, ha preso uno strumento matematico, la teoria di calibro, usata di solito per le particelle subatomiche e lo ha applicato al calore.
Come racconta Karmela Padavic-Callaghan su New Scientist, l’idea si spiega con un paragone: il lavoro che misuriamo con un pistone o un magnete è come l’ombra di qualcosa di più grande, l’energia che il sistema contiene senza mostrarla.
Il modello matematico del calore
Per rendere l’idea concreta, Roberts immagina il sistema come un fascio di fili paralleli. Ogni filo porta l’energia totale in un punto, mentre la parte visibile in superficie è il lavoro che possiamo usare.
Quello che resta nascosto lungo il filo è il calore. Il collegamento matematico tra le due parti è ciò che lo studio chiama connessione, il filo che unisce visibile e invisibile.
Il punto centrale riguarda quanto questo collegamento si piega: quando resta dritto, il sistema è in equilibrio, e da lì nascono in modo naturale temperatura ed entropia, il grado di disordine di un sistema.
Questo risultato conferma matematicamente un’ipotesi avanzata decenni fa dal fisico Josef-Maria Jauch, secondo cui temperatura ed entropia derivano dalle leggi di conservazione dell’energia.
Perché cambia la termodinamica
Le leggi pratiche della termodinamica restano quelle che usiamo dai tempi delle prime macchine a vapore, duecento anni fa.
A cambiare è il linguaggio matematico che le spiega, ora in grado di collegare il calore che vediamo ogni giorno al comportamento delle particelle, con una precisione paragonabile a quella di relatività e meccanica quantistica.