Físicos de las universidades de Granada y Córdoba formulan un marco geométrico para la termodinámica cuántica

GRANADA 23 Abr. (EUROPA PRESS) -

Investigadores de la Universidad de Granada (UGR) y de la Universidad de Córdoba (UCO) han desarrollado un trabajo que propone un nuevo marco teórico para la termodinámica cuántica basado en la geometría, que describe los estados y su evolución mediante estructuras matemáticas bien definidas.

La investigación, titulada 'Geometric foundations of thermodynamics in the quantum regime', plantea que las leyes fundamentales de la termodinámica no necesitan introducirse como principios externos, sino que surgen de forma natural a partir de la estructura matemática que describe todas las configuraciones posibles de un sistema cuántico.

El estudio ha sido realizado por los físicos teóricos Álvaro Tejero, del grupo de Termodinámica y Computación Cuántica y del Instituto Carlos I de Física Teórica y Computacional de la UGR, y por Martín de la Rosa, del Departamento de Matemáticas de la UCO.

Los autores formulan un lenguaje geométrico unificado para la termodinámica cuántica, entendida como la disciplina que estudia cómo fluyen la energía y el calor cuando los sistemas obedecen las leyes de la mecánica cuántica. "Se trata de un ámbito de investigación que hasta ahora se había abordado mediante enfoques parciales y carecía de un marco global comparable al de otras teorías físicas bien establecidas, como la relatividad general o las teorías gauge", señalan desde la UGR en un comunicado de prensa.

"La física es geometría", señalan los autores. "En este trabajo mostramos que la termodinámica cuántica también lo es: las leyes termodinámicas no son postulados añadidos, sino propiedades intrínsecas de las estructuras geométricas que describen el sistema", afirman.

En el modelo propuesto, la idea central es pensar en la geometría como un paisaje abstracto. En ese espacio, cada punto representa un estado posible de un sistema cuántico, y su forma (las curvas, distancias y direcciones) determina cómo puede evolucionar el sistema. Desde este punto de vista, conceptos como equilibrio, temperatura o irreversibilidad no se imponen como reglas externas, sino que vienen dados por la propia forma del terreno.

El trabajo muestra que la evolución de los sistemas cuánticos hacia el equilibrio sigue trayectorias que minimizan ciertas distancias en este paisaje geométrico. Esta interpretación aporta una una formulación unificada de la termodinámica cuántica y ofrece herramientas matemáticas potentes para el análisis de procesos fuera del equilibrio, es decir, aquellos en los que los sistemas intercambian energía y evolucionan hacia estados estables, un área de gran relevancia tanto en la física fundamental como en el desarrollo de nuevas tecnologías de información y computación cuántica.

De este modo, los investigadores han logrado demostrar que conceptos termodinámicos clásicos como la temperatura o la capacidad calorífica pueden reinterpretarse en términos de la curvatura y la métrica de este espacio geométrico, integrando la descripción termodinámica dentro de un marco geométrico único.