Wiskunde van de thermodynamica wordt na 200 jaar herschreven

In dit artikel:

Natuurkundige Bryan Roberts van de London School of Economics wil de thermodynamica een strengere wiskundige basis geven met behulp van ijktheorie, een methode die ook in de quantumveldentheorie wordt gebruikt. Hij presenteerde zijn idee op een conferentie van Foundations of Physics in Irvine, Californië. De kern van zijn aanpak is dat warmte en arbeid niet langer als volledig gelijksoortige grootheden worden behandeld: arbeid hoort bij het waarneembare, toegankelijke niveau, terwijl warmte als een verborgen bijdrage aan energie in een niet-direct waarneembare ‘bundelruimte’ wordt geplaatst. Daarmee hoopt Roberts de begrippen warmte en entropie geometrischer en algemener te definiëren, zodat ze toepasbaar worden op uiteenlopende systemen, van motoren tot zwarte gaten. Volgens collega-onderzoekers kan dit vooral voor quantumthermodynamica nuttig zijn, waar veel verschillende definities bestaan en een consistente wiskundige basis ontbreekt. Er zijn bovendien eerste aanwijzingen uit experimenten met moleculaire stoffen dat een thermodynamische variant van het Aharonov-Bohm-effect mogelijk bestaat, wat Roberts’ idee extra steun geeft.