un físico español unifica dos principios termodinámicos

Un estudiante de física puede pasar años aprendiendo las leyes de la termodinámica, esas reglas que gobiernan el comportamiento del calor, la energía y el orden en el universo. Entre ellas, hay una —el segundo principio— que dicta que la entropía, esa medida del desorden, siempre tiende a aumentar. Es una ley tan arraigada que incluso cuando Albert Einstein cuestionó uno de sus vínculos con un teorema formulado en 1905, pocos se atrevieron a contradecirlo. Hasta ahora.

José María Martín Olalla, profesor de la Universidad de Sevilla, ha publicado un trabajo que no solo resuelve un enigma científico que llevaba abierto más de un siglo, sino que también ofrece una reinterpretación rigurosa del llamado teorema de Nernst. Su estudio propone que este teorema, lejos de necesitar un tercer principio como defendía Einstein, se deduce directamente del segundo principio de la termodinámica, algo que nadie había demostrado de forma concluyente hasta ahora .

El teorema de Nernst y la máquina imposible

En 1905, el químico Walther Nernst formuló un teorema que, en palabras sencillas, decía que la variación de entropía tiende a cero cuando la temperatura también lo hace. Era una observación empírica, respaldada por experimentos a temperaturas cercanas al cero absoluto, y se convirtió en uno de los pilares de la termodinámica.

Para defender su idea, Nernst planteó un razonamiento por contradicción: si se pudiera alcanzar el cero absoluto, se podría construir una máquina que convirtiera todo el calor en trabajo útil, lo que violaría el segundo principio de la termodinámica. Por tanto, concluyó que ese estado de temperatura debía ser inaccesible. Esa máquina, sin embargo, nunca fue construida ni podía serlo.

Einstein fue uno de los primeros en señalar este punto débil. Argumentó que esa máquina era puramente hipotética y, por tanto, no podía usarse como base para una ley universal. En su lugar, propuso un tercer principio, independiente del segundo, para dar cuenta de este comportamiento. Desde entonces, el teorema de Nernst quedó aislado del segundo principio, relegado a un plano más especulativo .

Una nueva demostración desde el segundo principio

El trabajo de Martín Olalla se desmarca completamente del enfoque tradicional. En lugar de seguir la lógica del absurdo, como hizo Nernst, su propuesta parte de una lectura lógica y rigurosa de la segunda ley de la termodinámica, tal como fue formulada por Planck. La clave está en la llamada máquina de Carnot, una máquina térmica ideal que funciona entre dos temperaturas.

Su razonamiento parte del hecho de que, si se acepta que el cero absoluto (T = 0) puede ser asignado formalmente a un sistema, entonces una máquina de Carnot debería poder operar con ese sistema como depósito frío. Pero eso nos lleva a una paradoja: si esa máquina funcionara, extraería calor de un depósito a T = 0, lo cual no es posible. Para que la segunda ley no se contradiga, esa máquina no puede intercambiar calor ni realizar trabajo.

Esto lleva directamente a la conclusión de que la variación de entropía en ese proceso debe ser cero. Como él escribe en el artículo: “cada (∆S)T a T = 0 debe ser cero para todo cuerpo de densidad finita, independientemente del cambio en su configuración”. Esta afirmación, basada únicamente en el segundo principio, es justamente la formulación del teorema de Nernst.

¿Por qué Einstein se equivocó?

Einstein, y después Epstein, rechazaron la demostración original de Nernst porque consideraban que la máquina hipotética no podía ser construida. Según ellos, si a temperatura cero incluso la más mínima irreversibilidad alejaría al sistema de ese estado, entonces el argumento no podía sostenerse dentro de la termodinámica clásica.

Pero la aportación de Martín Olalla no depende de la construcción real de una máquina. De hecho, demuestra que esa máquina solo puede ser “virtual”, es decir, una herramienta teórica que no transfiere calor, no produce trabajo, y no contradice la ley de la entropía. Esa es la diferencia clave: no se requiere que la máquina exista físicamente, solo que sea coherente con el formalismo termodinámico.

Este giro conceptual permite devolver el teorema de Nernst al núcleo del segundo principio. Ya no es una regla aislada ni un caso especial: es una consecuencia lógica de la estructura misma de la termodinámica.

Las consecuencias físicas y didácticas

Más allá de su valor teórico, esta nueva prueba tiene implicaciones directas en cómo entendemos la temperatura, la entropía y los límites del universo físico. Para empezar, ayuda a clarificar qué significa realmente el cero absoluto desde un punto de vista formal, sin recurrir a analogías con gases o sensaciones térmicas.

Como explica el autor, “la noción de T = 0 como resultado formal del segundo principio es más robusta que su interpretación empírica como p = 0 o V = 0”. Esto es crucial en contextos donde se estudian sistemas cuánticos, materia condensada o tecnologías criogénicas, donde los efectos de la entropía en condiciones extremas son determinantes.

En el plano didáctico, el profesor señala que sus propios alumnos fueron los primeros en conocer esta demostración. Su objetivo ahora es que esta nueva interpretación se abra paso en el mundo académico, a pesar de la “gran inercia” que caracteriza al pensamiento científico consolidado.

Un único principio, no tres

Otro punto notable del artículo es que reduce la necesidad de tres principios termodinámicos. Según Martín Olalla, “el segundo principio contiene la idea de que la entropía es única en el cero absoluto”. La anulación de los calores específicos —otro aspecto clásico cerca del cero absoluto— solo serviría para apuntalar que ese valor único es, además, cero. Pero no se requiere introducir un principio adicional para ello.

Esto implica que la llamada tercera ley de la termodinámica podría ser reconsiderada como una extensión natural del segundo principio, más que como una regla independiente. La unificación de ambos conceptos en una única base lógica y formal refuerza la coherencia del edificio teórico de la física clásica.

Lo que debes recordar sobre la nueva demostración

• José María Martín Olalla es profesor en la Universidad de Sevilla, especialista en física de la materia condensada.
• Publicó una nueva demostración del teorema de Nernst en The European Physical Journal Plus en 2025.
• El teorema de Nernst dice que los intercambios de entropía tienden a cero cuando la temperatura se acerca al cero absoluto.
• Hasta ahora, se pensaba que este teorema no podía derivarse del segundo principio de la termodinámica, como sostenía Einstein.
• La nueva prueba se basa en el análisis lógico de una máquina de Carnot reversible funcionando a T = 0.
• Esta máquina, aunque imposible de construir, puede existir conceptualmente y no transfiere calor ni realiza trabajo.
• Según el autor, esta interpretación permite deducir el teorema de Nernst directamente del segundo principio.
• La demostración refuerza la idea de que el cero absoluto es inalcanzable por procesos adiabáticos.