Le leggi della termodinamica esprimono il comportamento dell’energia nei sistemi naturali come espresso nel nostro universo. Ci sono tre leggi della termodinamica più una legge zero. La prima legge della termodinamica è detta legge di conservazione dell’energia. Dice che l’energia nell’universo rimane costante. La seconda legge della termodinamica dice che il calore non può trasferirsi da un corpo più freddo a uno più caldo come unico risultato e l’entropia dell’universo non diminuisce. La terza legge della termodinamica, in poche parole, dice che è impossibile raggiungere lo zero assoluto. E la legge zero dice che due corpi in equilibrio termico con un terzo corpo sono in equilibrio termico tra loro.
La terza legge della termodinamica iniziata con il cosiddetto teorema del calore, Wärmetheorem in tedesco, fu raggiunta nel 1906 da Walther Hermann Nernst, che aveva ricevuto un incarico al Secondo Istituto di Chimica dell’Università di Berlino e un membro permanente dell’Accademia prussiana di Scienze dell’anno precedente. La terza legge è talvolta nota come postulato di Nernst o anche come teorema di Nerst.
Questo teorema e l’articolo di Einstein del 1907 che mostrava che la meccanica quantistica prevede che i calori specifici dei solidi tenderanno allo zero assoluto quando raggiungono temperature vicine allo zero assoluto sembravano rafforzarsi a vicenda. Questo era importante per Nernst perché il suo teorema non era chiaramente una terza legge della termodinamica perché non poteva essere dedotto dalle prime due leggi della termodinamica, ma sentiva che l’articolo di Einstein e il lavoro sulla meccanica quantistica di Max Planck aiutavano a rafforzare le affermazioni del suo Tuttavia, la teoria è in realtà una terza legge della termodinamica.
Nernst vinse il Premio Nobel per la chimica nel 1920 per questo lavoro, ma ci furono polemiche al riguardo. Il chimico americano Theodore Richards affermò di aver scoperto la terza legge della termodinamica, piuttosto che Nernst, come indicato dalla possibile interpretazione dei grafici in un articolo che scrisse nel 1902. L’ex amico di Nernst Svante Arrhenius, già in conflitto con Nernst per un disputa precedente, è stato portato nella discussione da Richards e ha esercitato grandi sforzi per opporsi alla ricezione del premio Nobel da parte di Nernst per questo lavoro.
Anche la terza legge della termodinamica viene enunciata con termini diversi. Ad esempio, “a temperatura zero assoluto, l’entropia raggiunge lo zero assoluto”. Oppure “non è possibile utilizzare un numero finito di passaggi per raggiungere lo zero assoluto”. Oppure “se il movimento termico delle molecole dovesse cessare, allora si verificherebbe lo stato di zero assoluto”. Oppure “I processi di entropia e sistema cessano quando un sistema si avvicina allo zero assoluto”.