Meccanica quantistica vs leggi della termodinamica

Le leggi della termodinamica sono state formulate tra il XIX e l’inizio del XX secolo, da allora i suoi principi sono sempre stati considerati inconciliabili sia con la meccanica classica che con la meccanica quantistica.
Le leggi affermano che l’energia non può essere creata o distrutta; che in un sistema isolato la quantità di disordine, o entropia, non può mai diminuire; che è impossibile raffreddare un oggetto fino allo zero assoluto.
Da alcuni anni però un crescente stuolo di fisici sta lavorando intorno ai principi della termodinamica quantistica nel tentativo di ricomporre e spiegare alcuni dei punti più controversi ed inconciliabili della termodinamica.
I problemi da affrontare e gli enigmi da risolvere sono affascinanti quanto controversi. La seconda legge dice, ad esempio, che la produzione di disordine è irreversibile. Ma alcuni fisici sostengono che, a livello microscopico, questo sembra in contrasto con le leggi della meccanica – quelle di Newton o quelle della fisica quantistica. Le leggi meccaniche, dicono questi ricercatori, prescrivono che tutti i processi possono essere invertiti.
Secondo alcuni fisici che studiano la meccanica-statistica, il grado di entropia o di calore, dipende dalle informazioni che ha l’osservatore. In particolare, un osservatore simile a Dio, in grado di vedere tutto, potrebbe conoscere le posizioni e i movimenti di ogni particella e calcolare la loro evoluzione, e questo livello di ordine sarebbe negli occhi di chi guarda.
Qualche progresso è stato compiuto sulla terza legge della termodinamica, in un recente studio pubblicato lo scorso 14 marzo sulla rivista Nature Communication, i ricercatori hanno dimostrato che le leggi della meccanica quantistica limitano la rapidità con cui il calore può essere estratto da un oggetto, e che il raggiungimento dello zero assoluto richiederebbe una quantità di tempo infinita. Il loro lavoro sembra confermare che la terza legge emerge dalla meccanica quantistica.
Altri scienziati, più radicalmente, come Chiara Marletto e David Deutsch, dell’Università di Oxford, hanno messo appunto una serie di principi che tutte le teorie fisiche devono soddisfare, una sorta di “teoria del Tutto” da cui dovrebbero derivare le leggi come la meccanica quantistica e conseguentemente le leggi della termodinamica.
Il dibattito scientifico, che a tratti assume i toni di una vera e propria disputa, continua.