Heb je ooit geprobeerd de lepel terug te draaien nadat je jam in een rijstpudding hebt geroerd? Het brengt de jam nooit terug in de lepel. Deze steeds groter wordende stoornis is gekoppeld aan een begrip dat entropie wordt genoemd. Entropie is interessant voor natuurkundigen die de evolutie bestuderen van systemen die uit meerdere identieke elementen bestaan, zoals benzine. Nog, hoe de staten in dergelijke systemen moeten worden geteld, is een twistpunt. De traditionele visie ontwikkeld door een van de grondleggers van de statistische mechanica, Ludwig Boltzmann - die aan een zeer groot aantal elementen werkte - is gekant tegen het schijnbaar onsamenhangende theoretische perspectief van een andere grondlegger van de discipline, Willard Gibbs, die systemen beschrijft met een zeer klein aantal elementen.

In een nieuwe studie gepubliceerd in EPJ Plus , Loris Ferrari van de Universiteit van Bologna, Italië, demystificeert deze botsing tussen theorieën door de praktische gevolgen van Gibbs' definitie in twee systemen van een welomschreven omvang te analyseren. Ferrari speculeert over de mogelijkheid dat, voor bepaalde hoeveelheden, de verschillen die voortvloeien uit de benadering van Boltzmann en Gibbs kunnen experimenteel worden gemeten.

Dit debat draait om het begrip negatieve absolute temperatuur (NAT), gezien als een misleidend gevolg van Boltzmanns definitie van entropie. In tegenstelling tot, Gibbs' theorie verbiedt NAT en maakt de verdeling van de energie-uitrusting streng in systemen van willekeurige grootte. De twee benaderingen, echter, convergeren wanneer de systemen een zeer groot aantal elementen hebben. Het gaat hier dus om het definiëren van het systeem van minimale grootte waarvoor beide theorieën het eens zijn.

Om de twee benaderingen tegen elkaar te testen, de auteur onderzoekt twee modellen; namelijk een gas van N-atomen die niet chemisch interageren en een ander systeem met N-interagerende spins. Zijn numerieke simulaties laten zien dat het mogelijk is om met experimenteel bewijs te beoordelen welk van de twee modellen het meest nauwkeurig is.