Dan con la clave de una ley elemental de la física: resuelven el enigma cuántico que obsesionó a Einstein

Desde su promulgación inicial por el físico francés Sadi Carnot en el año 1824, y pasando por las distintas fórmulas compartidas en la segunda mitad del siglo XIX y el marco teórico de Max Plank en los siguientes años, la segunda ley de la termodinámica –que establece que los procesos naturales son irreversibles– ha sido uno de los grandes quebraderos de cabeza de la comunidad científica. Incluso Albert Einstein llegó a participar en su demostración matemática, hasta el punto de considerar a esta ley como la teoría más perfecta que existía en todo el universo.

A pesar de que esta ley está completamente aceptada desde el siglo XIX, el profesor José María Martín Olalla, del Departamento de Física de la Materia Condensada de la Universidad de Sevilla (US) publicó en 2025 un nuevo trabajo acerca de la vinculación directa entre la anulación de los calores específicos en el cero absoluto y el segundo principio de la termodinámica.

Ahora, un año después, un equipo de investigadores del RIKEN (Instituto de Investigación de Ciencias Naturales de Japón) habría abordado otro aspecto histórico de esta ley física gracias a la mecánica cuántica, confirmando su validez absoluta y universal –en un estudio publicado en la revista científica PRX Quantum– a nivel cuántico. En concreto, el equipo ha construido un marco mecánico cuántico riguroso que representa el «equilibrio térmico» y las «operaciones» en termodinámica. Utilizando este marco teórico, el grupo demostró que la «ley de la entropía creciente» –la expresión más significativa de la segunda ley de la termodinámica– es válida.

Tal como detalla el equipo japonés, se espera que estos resultados de la investigación conduzcan a una mejor comprensión de cómo la termodinámica surge de la mecánica cuántica y, además, «que proporcionen directrices para el control de los sistemas cuánticos».

«En los últimos años, se ha revelado que muchos estados de la mecánica cuántica se corresponden con estados de equilibrio térmico en la termodinámica. Sin embargo, al aplicar diversas operaciones a estos estados, se dan casos que contradicen la segunda ley de la termodinámica; por consiguiente, la coherencia entre la mecánica cuántica y la termodinámica ha sido un problema fundamental», señala el equipo científico.

De igual manera, el grupo de investigación propuso magnitudes físicas con significado macroscópico y las utilizó para formular estados de equilibrio térmico, operaciones termodinámicas y entropía en términos de mecánica cuántica. Como resultado, lograron demostrar por primera vez que la ley de entropía creciente, una expresión fundamental de la segunda ley de la termodinámica, puede derivarse de la mecánica cuántica para cualquier estado cuántico que represente el equilibrio térmico.