Hai mai provato a girare il cucchiaio dopo aver mescolato la marmellata in un budino di riso? Non riporta mai la marmellata nel cucchiaio. Questo disordine sempre crescente è legato a una nozione chiamata entropia. L'entropia interessa i fisici che studiano l'evoluzione di sistemi costituiti da più elementi identici, come il gas. Ancora, come dovrebbero essere contati gli stati in tali sistemi è un pomo della discordia. La visione tradizionale sviluppata da uno dei padri della meccanica statistica, Ludwig Boltzmann - che ha lavorato su un numero molto elevato di elementi - si oppone alla prospettiva teorica apparentemente disgiunta di un altro scienziato fondatore della disciplina, Willard Gibbs, che descrive sistemi con un numero molto piccolo di elementi.

In un nuovo studio pubblicato su EPJ Plus , Loris Ferrari dell'Università di Bologna, Italia, demistifica questo scontro tra teorie analizzando le conseguenze pratiche della definizione di Gibbs in due sistemi di dimensioni ben definite. Ferrari ipotizza la possibilità che, per determinate quantità, le differenze risultanti dall'approccio di Boltzmann e di Gibbs possono essere misurate sperimentalmente.

Questo dibattito è incentrato sulla nozione di temperatura assoluta negativa (NAT), vista come una conseguenza fuorviante della definizione di entropia di Boltzmann. In contrasto, La teoria di Gibbs proibisce il NAT e rende rigorosa l'equipartizione dell'energia in sistemi di dimensioni arbitrarie. I due approcci, però, convergono quando i sistemi hanno un numero molto elevato di elementi. Quindi il problema qui è definire il sistema di dimensioni minime per il quale entrambe le teorie concordano.

Per testare i due approcci l'uno contro l'altro, l'autore prende in esame due modelli; vale a dire un gas di N atomi che non interagiscono chimicamente e un altro sistema con N spin interagenti. Le sue simulazioni numeriche mostrano che è possibile valutare quale dei due modelli è il più accurato utilizzando prove sperimentali.