Dwa stulecia fizyki zbudowanej na chwiejnych fundamentach.
Od ponad 200 lat termodynamika wyjaśnia, dlaczego silniki działają i dlaczego lodówki chłodzą. Jest powiązany z życiem codziennym, ponieważ zaczął się jako narzędzie inżynieryjne. Ludzie chcieli zmaksymalizować efektywność cieplną. Tylko. Jednak podstawowa matematyka nigdy nie była wystarczająco rygorystyczna.
Teraz to się zmienia.
Brian Roberts z London School of Economics zmienia tę teorię. Odrzuca tradycyjne metody. Zamiast tego wykorzystuje potężny aparat kwantowej teorii pola. To jest odwrót. Pogrubiony.
„Istnieją dwa poziomy termodynamiki” – mówi.
Roberts dzieli świat na dostępny i niedostępny. Wyobraź sobie tłok silnika. Możesz to wziąć. Przenosić. To jest praca. Prawdziwa, namacalna manipulacja. Potem jest upał. Zmarnowana energia. Ciepło jest trudne do wykrycia. Nie możesz trzymać tego jak klucza. Roberts nazywa tę energię ukrytą.
Standardowe podręczniki traktują pracę i ciepło jako ilości równe. Po prostu je złóż. Roberts się z tym nie zgadza. Widzi hierarchię.
Tutaj właśnie wchodzi w grę teoria cechowania.
Wyobraź sobie kulki toczące się po podłodze. Wyglądają identycznie. Identyczne białe muszle. Ale w głębi duszy każda kula kryje w sobie niepowtarzalny kolor. Nie widać tego koloru. Można tylko oglądać jazdę na łyżwach.
Roberts przedstawia termodynamikę dokładnie w ten sam sposób. Widoczny ruch? To jest przestrzeń obserwowalna. Ukryte kolory? Przestrzeń wiązki. Jedno jest rzutowane na drugie. Jak cień ujawniający kształt rzucanego obiektu.
To ma znaczenie.
Temperatura i entropia? To już nie są niejasne pojęcia. Roberts definiuje je poprzez tę projekcję geometryczną. Działa to w przypadku silników samochodowych. Działa to nawet w przypadku czarnych dziur. Płynniejsze stosowanie przepisów tam, gdzie wcześniej ich nie było.
Czy to brzmi jak czysta abstrakcyjna matematyka?
Być może, ale nie na długo. Eksperymenty z przejściami molekularnymi już na to wskazują. Sugerują termodynamiczną wersję efektu Aharonowa-Bohma. W mechanice kwantowej naładowane cząstki wyczuwają ukryte pola magnetyczne, z którymi teoretycznie nie powinny oddziaływać. Ciepło może zrobić coś podobnego. Ukryte zmienne pojawiające się w rzeczywistości fizycznej.
Roberts przedstawił to na konferencji w Irvine 16 czerwca. Reakcja była pozytywna. Lucas Celeri z Federalnego Uniwersytetu w Goiás w Brazylii uważa, że pomysł jest piękny.
Martwi się termodynamiką kwantową. Definicje są mylące. Istnieje zbyt wiele wersji słów „praca” i „ciepło”. Teoria cechowania może w końcu zaprowadzić porządek. Celeri i jego zespół już widzą rezultaty. Standardowe wyniki kwantowe są zgodne z nowym modelem.
Pozostaje główny test.
Szczególna teoria względności. Zasady Einsteina. Łączenie ich z termodynamiką jest niezwykle trudne. Matematyka klasyczna ma trudności. Celeri podejrzewa, że konstrukcje mierników radzą sobie lepiej. Matematyka zbliża się do fizyki.
Albo nie.
Czas pokaże, czy cienie mogą wyjaśnić światło.
