Hvor lille skal din risengrød blive, når du rører marmelade i den?

Har du nogensinde prøvet at vende skeen tilbage efter at have rørt marmelade i en risengrød? Det bringer aldrig marmeladen tilbage i skeen. Denne stadigt stigende lidelse er forbundet med en forestilling kaldet entropi. Entropi er af interesse for fysikere, der studerer udviklingen af ​​systemer, der består af flere identiske elementer, som gas. Endnu, hvordan staterne i sådanne systemer skal tælles er en uenighed. Den traditionelle opfattelse udviklet af en af ​​den statistiske mekaniks fædre, Ludwig Boltzmann - som arbejdede på et meget stort antal elementer - er modstander af det tilsyneladende usammenhængende teoretiske perspektiv fra en anden grundlægger af disciplinen, Willard Gibbs, der beskriver systemer med et meget lille antal elementer.

I en ny undersøgelse offentliggjort i EPJ Plus , Loris Ferrari fra universitetet i Bologna, Italien, afmystificerer dette sammenstød mellem teorier ved at analysere de praktiske konsekvenser af Gibbs' definition i to systemer af en veldefineret størrelse. Ferrari spekulerer i muligheden for, at for visse mængder, forskellene som følge af Boltzmanns og Gibbs' tilgang kan måles eksperimentelt.

Denne debat centrerer sig om begrebet negativ absolut temperatur (NAT), ses som en misvisende konsekvens af Boltzmanns definition af entropi. I modsætning, Gibbs' teori forbyder NAT og gør energifordelingen streng i systemer af vilkårlig størrelse. De to tilgange, imidlertid, konvergere, når systemerne har et meget stort antal elementer. Så spørgsmålet her er at definere det minimumsstørrelsessystem, som begge teorier er enige om.

For at teste de to tilgange mod hinanden, forfatteren undersøger to modeller; nemlig en gas af N-atomer, som ikke interagerer kemisk, og et andet system med N interagerende spins. Hans numeriske simuleringer viser, at det er muligt at vurdere, hvilken af ​​de to modeller, der er den mest nøjagtige ved hjælp af eksperimentelle beviser.