Две столетия физики, построенные на шатком фундаменте.
Более 200 лет термодинамика объясняет, почему работают двигатели и почему холодильники охлаждают. Она связана с повседневной жизнью, потому что начинала как инженерный инструмент. Люди хотели максимизировать теплоэффективность. Просто. Но математика, лежащая в основе, никогда не была достаточно строгой.
Теперь это меняется.
Брайан Робертс из Лондонской школы экономики перестраивает теорию. Он отбрасывает традиционные методы. Вместо этого он использует мощный аппарат квантовой теории поля. Это отступление. Смелое.
«В термодинамике есть своего рода два уровня», — говорит он.
Робертс делит мир на доступное и недоступное. Представьте поршень двигателя. Вы можете взять его. Подвинуть. Это работа. Реальная, осязаемая манипуляция. Затем есть тепло. Потерянная энергия. Тепло трудно уловить. Вы не можете держать его, как гаечный ключ. Робертс называет эту скрытую энергию.
Стандартные учебники трактуют работу и тепло как равные величины. Просто сложите их. Робертс не согласен. Он видит иерархию.
Здесь на сцену выходит теория калибровки.
Представьте шарики, катящиеся по полу. Они выглядят идентично. Одинаковые белые оболочки. Но глубоко внутри каждый шарик хранит уникальный цвет. Вы не можете видеть этот цвет. Вы можете только наблюдать за катанием.
Робертс отображает термодинамику точно так же. Видимое движение? Это пространство наблюдаемых. Скрытые цвета? Пространство пучка. Одно проецируется на другое. Как тень, раскрывающая форму объекта, отбрасывающего её.
Это имеет значение.
Температура и энтропия? Это больше не размытые понятия. Робертс определяет их через это геометрическое проецирование. Это работает для автомобильных двигателей. Это даже работает для чёрных дыр. Более гладкое применение правил там, где их раньше не существовало.
Звучит ли это как чистая абстрактная математика?
Возможно, но ненадолго. Эксперименты с молекулярными переходами уже намекают на это. Они предполагают термодинамическую версию эффекта Ааронова-Бома. В квантовой механике заряженные частицы ощущают скрытые магнитные поля, с которыми теоретически не должны взаимодействовать. Тепло может делать нечто подобное. Скрытые переменные, проявляющиеся в физической реальности.
Робертс представил это на конференции в Ирвайн 16 июня. Реакция была положительной. Лукас Селери из Федерального университета Гояса в Бразилии считает идею красивой.
Он беспокоится о квантовой термодинамике. Определения запутаны. Слишком много версий «работы» и «тепла» плавают вокруг. Теория калибровки может наконец навести порядок. Селери и его команда уже видят результаты. Стандартные квантовые результаты соответствуют новой модели.
Основное испытание остаётся.
Специальная теория относительности. Правила Эйнштейна. Объединение их с термодинамикой славится сложностью. Классическая математика борется. Селери подозревает, что калибровочные структуры справляются с задачей лучше. Математика подходит к физике.
Или нет.
Время покажет, могут ли тени объяснить свет.
