Belief in thermodynamics has provoked false thermodynamics of superconductors

Sintesi Tecnica: "La fiducia nella termodinamica ha provocato una falsa termodinamica dei superconduttori"

Problema
L'articolo sostiene che la comprensione convenzionale della termodinamica della superconduttività, in particolare riguardo all'effetto Meissner e alle transizioni di fase, sia fondamentalmente errata. L'autore postula che una "fede cieca" nell'assoluta validità del secondo principio della termodinamica (specificamente l'impossibilità del moto perpetuo) abbia costretto la comunità fisica a ignorare le contraddizioni tra le teorie consolidate della superconduttività (come BCS e Ginzburg-Landau) e le leggi fondamentali della termodinamica. Il problema centrale identificato è che la derivazione standard dell'uguaglianza delle energie libere al campo magnetico critico ($H_c$) e l'assunzione di una transizione di fase del primo ordine reversibile contraddicono il secondo principio della termodinamica e la legge di conservazione dell'energia.

Metodologia e Quadro Teorico
L'autore impiega una revisione critica della letteratura storica e contemporanea, concentrandosi su:

1. Cicli Termodinamici: Un'analisi dettagliata del "ciclo di Gorter" (un ciclo termodinamico chiuso che prevede il raffreddamento, l'applicazione di un campo magnetico, il riscaldamento e lo spegnimento del campo) per calcolare lo scambio di lavoro e calore.
2. Analisi del Bilancio Energetico: L'esame del lavoro compiuto dalle sorgenti di alimentazione a solenoide per creare campi magnetici negli stati normale e superconduttore, distinguendo tra l'energia del campo magnetico ($E_m$) e il lavoro di magnetizzazione.
3. Confronto tra Teorie: Il contrasto tra la "falsa" termodinamica presente nella maggior parte dei libri di testo (attribuita a Gorter e Casimir) e le derivazioni "corrette" di V.L. Ginzburg e P.G. de Gennes, e l'analisi degli argomenti presentati da J. Hirsch riguardo alla superconduttività dei buchi.
4. Fenomeni Quantistici: L'integrazione di osservazioni di fenomeni quantistici macroscopici, come la quantizzazione del flusso magnetico e le correnti persistenti in anelli con resistenza non nulla, per sfidare il principio di corrispondenza e l'assunzione di disordine molecolare richiesta dal secondo principio.

Contributi Chiave e Argomentazioni

• La Contraddizione dell'Effetto Meissner: L'articolo afferma che l'effetto Meissner (l'espulsione dei campi magnetici) viola il secondo principio della termodinamica. In un ciclo di Gorter chiuso, il lavoro eccedente negativo compiuto dalla sorgente di alimentazione durante la transizione allo stato superconduttore implica una diminuzione dell'entropia o la creazione di lavoro utile dal calore senza un gradiente di temperatura, funzionando effettivamente come una macchina a moto perpetuo di seconda specie.
• Critica del Modello Gorter-Casimir: L'autore sostiene che C.J. Gorter e H. Casimir (1934) abbiano derivato l'"equazione fondamentale" della termodinamica dei superconduttori ($F_n - F_s = \mu_0 H_c^2 / 2$) formulando una falsa affermazione: che il lavoro compiuto da una sorgente di corrente crei l'energia di magnetizzazione ($-HdM$) piuttosto che l'energia del campo magnetico ($HdB$). Questo errore ha permesso loro di eguagliare le energie libere a $H_c$ pur violando il secondo principio.
• Difetti nei Testi Accademici Standard: La maggior parte dei libri di testo (ad esempio, Shoenberg, Tinkham, Abrikosov) propaga questo errore assumendo che l'energia libera rimanga invariata nello stato normale sotto un campo magnetico o definendo arbitrariamente l'energia libera di Gibbs per forzare l'uguaglianza delle fasi alla transizione. L'autore sostiene che queste definizioni siano arbitrarie e violino la legge di conservazione dell'energia.
• Il Compito di Keesom e l'Irreversibilità: L'articolo evidenzia come la teoria BCS convenzionale non riesca a risolvere il "compito di Keesom": spiegare come le correnti persistenti possano essere annullate prima che il materiale acquisisca resistenza (per evitare la generazione di calore Joule) durante la transizione allo stato normale. L'autore nota che l'evidenza sperimentale di correnti persistenti in anelli con resistenza non nulla ($R > 0$) smentisce l'idea che tali correnti vengano annullate prima della resistenza, confermando così la violazione del secondo principio.
• Critica a J. Hirsch: Pur riconoscendo l'identificazione da parte di J. Hirsch delle contraddizioni nella teoria BCS, l'autore sostiene che anche la sua teoria alternativa della "superconduttività dei buchi" non riesce a risolvere le contraddizioni termodinamiche. Hirsch è criticato per ripetere l'errore di Gorter-Casimir riguardante il lavoro compiuto nel ciclo di Gorter e per aver analogamente in modo falso il ciclo a un motore di Carnot.

Risultati e Osservazioni

• Incoerenza Termodinamica: L'analisi dimostra che l'uguaglianza delle energie libere ($F_s = F_n$) a $H_c$ non può essere derivata senza contraddire il secondo principio della termodinamica. Se la transizione è reversibile (come assunto per una transizione di fase del primo ordine), il lavoro compiuto dalla sorgente di alimentazione deve risultare in una netta diminuzione dell'entropia o in una violazione della conservazione dell'energia.
• Correnti Persistenti come Sorgenti di Corrente Continua (DC): L'articolo cita osservazioni sperimentali di correnti persistenti ($I_p \neq 0$) in anelli con resistenza non nulla ($R > 0$) e la conseguente tensione/potenza in corrente continua ($W = V_{dc}I_p$) in anelli asimmetrici. Questi fenomeni sono presentati come prova sperimentale di una sorgente di potenza DC che opera all'equilibrio termodinamico, il che contraddice il secondo principio.
• Regressione nella Comprensione: L'autore conclude che la comunità della superconduttività sia regredita nella comprensione della termodinamica, dimenticando che la dissipazione dell'energia cinetica in calore Joule è un processo irreversibile. Questa "regressione" è attribuita alla fede dogmatica nell'impossibilità del moto perpetuo.

Significato e Rivendicazioni
L'articolo sostiene che la "falsa termodinamica dei superconduttori" è una diretta conseguenza di secoli di fede nell'impossibilità delle macchine a moto perpetuo, piuttosto che di una rigorosa comprensione scientifica. L'autore afferma che:

1. L'effetto Meissner e l'esistenza di correnti persistenti macroscopiche in anelli resistivi costituiscono violazioni sperimentali del secondo principio della termodica.
2. Le teorie convenzionali (BCS, Ginzburg-Landau) e le loro interpretazioni termodinamiche sono fondamentalmente incoerenti con le leggi di conservazione dell'energia e dell'entropia.
3. La comunità scientifica ha ignorato queste contraddizioni per quasi un secolo a causa della "fede cieca", portando a una situazione in cui gli esperti accettano teorie che contraddicono le leggi fisiche fondamentali.
4. L'autore chiama a una rivalutazione del secondo principio, suggerendo che l'assunzione di disordine molecolare (necessaria per la validità della legge) sia violata nei sistemi quantistici macroscopici. L'articolo conclude che l'energia di una batteria potrebbe teoricamente essere aumentata dal lavoro eccedente negativo in un ciclo di Gorter, un fenomeno che l'autore suggerisce possa essere corroborato sperimentalmente.

L'articolo non propone una nuova teoria della superconduttività, ma richiede che le contraddizioni esistenti vengano riconosciute e che la "falsa termodinamica" attualmente insegnata nel campo venga scartata a favore di un quadro che accetti queste apparenti violazioni del secondo principio.