Termodinamica relativista

Temas de Física

¿Es posible una Termodinámica Relativista?
J. Güémez

Se hace una breve reseña histórico-bibliográfica del desarrollo del concepto de Termodinámica Relativista. Se analizan dos ejemplos de aplicación de la Termodinámica Relativista Galileana y se discute en qué circunstancias se podría construir una Termodinámica Relativista covariante Lorentz con sentido físico.

Prefacio“Thermodynamics is not difficult if you can just keep track of what it is you are talking about” (William F. Giauque, Premio Nobel Química) [1]. Aunque el concepto de Termodinámica Relativista ha sido muy utilizado en el pasado [2], no parece haberse desarrollado hasta alcanzar una teoría coherente y aceptable por todos los físicos. Una de las posibles razones de esta falta de concreción puedeser su, aparente, falta de aplicaciones [3]. Tampoco faltan los autores que consideran, directamente, que no es posible construir una Termodinámica Relativista. Así, para Ter Haar y Wergeland [4]: While the “Electrodynamics of Moving Bodies” was a sine qua non of physics already before Einstein’s discoveries, a corresponding generalization of the Theory of Heat is not in the same senseindispensable or even possible. That this must be the case is intuitively clear because thermodynamical equilibrium is a state where all relative motions between the parts of a system have come to rest. En este artículo se va a discutir la necesidad conceptual de construir una Termodinámica Relativista Lorentziana, como generalización, aplicando la Teoría Especial de la Relatividad de Einstein, de unaTermodinámica Relativista Galileana, y se van a discutir las posibles bases sobre las que se podrían construir 4-vectores energía interna, trabajo y calor, y elaborar un Primer Principio de la Termodinámica relativista.

plo, por Planck–, en la que diversos observadores intentan llevar a cabo experimentos semejantes en sus diferentes referenciales (lo que sucede con la famosa contracción relativista delongitudes), pero cuyas observaciones no se pueden relacionar entre ellas mediante transformaciones de Lorentz [8], y la Termodinámica Relativista basada en la formulación asíncrona (ver más adelante), en la que existe un observador inercial privilegiado que lleva a cabo las experiencias y los demás observadores inerciales refieren sus propias magnitudes a esa experiencia, por lo que las diversasmagnitudes medidas en los diferentes referenciales sí se relacionan entre sí mediante transformaciones de Lorentz.

1.1. Principio de Relatividad
En su libro Essential Relativity. Special, General, and Cosmological, Rindler [9], indica que uno de los argumentos más modernos para admitir como correcto el Principio de Relatividad –que las leyes de la Física deben expresarse en ecuacionescovariantes bajo transformaciones de Lorentz–, es la propia unidad de la Física: (c) The unity of physics. This is an argument [para el Principio de Relatividad] of more recent origin. It has become increasingly obvious that physics cannot be separated into strictly independent branches; for example, no electromagnetic experiment can be performed without the use of mechanical parts, and no mechanicalexperiment is independent of the electromagnetic constitution of matter, etc. If there exitst a “strict” relativity principle for mechanics, then a large part of electromagnetism must be relativistic also, namely that part which has to do with the constitution of matter. But if part, why not all? In short, if physics is indivisible, either all of it or none of it must satisfy the relativityprinciple. And since the Relativity Principle is so strongly evident in mechanics, it is at least a good guess that it is generally valid. Puesto que la Termodinámica forma parte de la Física, el argumento proporcionado por Rindler debe ser igualmente válido para aquellos problemas habitualmente descritos en Termodinámica y parece razonable suponer que pueda elaborarse una Termodinámica Relativista.
REF...