Belief in thermodynamics has provoked false thermodynamics of superconductors

Resumo Técnico: "A crença na termodinâmica provocou uma termodinâmica falsa dos supercondutores"

Definição do Problema
O artigo argumenta que a compreensão convencional da termodinâmica da supercondutividade, particularmente em relação ao efeito Meissner e às transições de fase, é fundamentalmente falha. O autor postula que uma "fé cega" na validade absoluta da segunda lei da termodinâmica (especificamente a impossibilidade de movimento perpétuo) forçou a comunidade da física a ignorar contradições entre as teorias estabelecidas da supercondutividade (como BCS e Ginzburg-Landau) e as leis fundamentais da termodinâmica. O problema central identificado é que a derivação padrão da igualdade das energias livres no campo magnético crítico ($H_c$) e a suposição de uma transição de primeira ordem reversível contradizem a segunda lei da termodinâmica e a lei da conservação de energia.

Metodologia e Estrutura Teórica
O autor emprega uma revisão crítica da literatura histórica e contemporânea, focando em:

1. Ciclos Termodinâmicos: Uma análise detalhada do "ciclo de Gorter" (um ciclo termodinâmico fechado envolvendo resfriamento, aplicação de um campo magnético, aquecimento e desligamento do campo) para calcular trocas de trabalho e calor.
2. Análise de Balanço de Energia: Exame do trabalho realizado por fontes de potência de solenoide para criar campos magnéticos nos estados normal versus supercondutor, distinguindo entre a energia do campo magnético ($E_m$) e o trabalho de magnetização.
3. Comparação de Teorias: Contraste entre a termodinâmica "falsa" encontrada na maioria dos livros didáticos (atribuída a Gorter e Casimir) e as derivações "corretas" de V.L. Ginzburg e P.G. de Gennes, além da análise dos argumentos apresentados por J. Hirsch sobre a supercondutividade de lacunas (hole superconductivity).
4. Fenômenos Quânticos: Integração de observações de fenômenos quânticos macroscópicos, como a quantização do fluxo magnético e correntes persistentes em anéis com resistência não nula, para desafiar o princípio da correspondência e a suposição de desordem molecular necessária para a segunda lei.

Principais Contribuições e Argumentos

• A Contradição do Efeito Meissner: O artigo afirma que o efeito Meissner (expulsão de campos magnéticos) viola a segunda lei da termodinâmica. Em um ciclo de Gorter fechado, o trabalho excedente negativo realizado pela fonte de potência durante a transição para o estado supercondutor implica uma diminuição da entropia ou a criação de trabalho útil a partir do calor sem um gradiente de temperatura, funcionando efetivamente como uma máquina de movimento perpétuo do segundo tipo.
• Crítica ao Modelo Gorter-Casimir: O autor argumenta que C.J. Gorter e H. Casimir (1934) derivaram a "equação básica" da termodinâmica do supercondutor ($F_n - F_s = \mu_0 H_c^2 / 2$) ao fazerem uma afirmação falsa: que o trabalho realizado por uma fonte de corrente cria a energia de magnetização ($-HdM$) em vez da energia do campo magnético ($HdB$). Este erro permitiu que eles equiparassem as energias livres em $H_c$ enquanto violavam a segunda lei.
• Falhas nos Livros Didáticos Padrão: A maioria dos livros didáticos (ex: Shoenberg, Tinkham, Abrikosov) propaga este erro ao assumir que a energia livre permanece inalterada no estado normal sob um campo magnético ou ao definir arbitrariamente a energia livre de Gibbs para forçar a igualdade de fases na transição. O autor sustenta que essas definições são arbitrárias e violam a lei da conservação de energia.
• A Tarefa de Keesom e a Irreversibilidade: O artigo destaca que a teoria BCS convencional falha em resolver a "tarefa de Keesom": explicar como as correntes persistentes podem ser aniquiladas antes que o material ganhe resistência (para evitar a geração de calor Joule) durante a transição para o estado normal. O autor observa que a evidência experimental de correntes persistentes em anéis com resistência não nula ($R > 0$) refuta a ideia de que essas correntes são aniquiladas antes da resistência, confirmando assim a violação da segunda lei.
• Crítica a J. Hirsch: Embora reconheça a identificação de contradições na teoria BCS por J. Hirsch, o autor argumenta que a alternativa "supercondutividade de lacunas" de Hirsch também falha em resolver as contradições termodinâmicas. Hirsch é criticado por repetir o erro de Gorter-Casimir em relação ao trabalho realizado no ciclo de Gorter e por analogar falsamente o ciclo a um motor de Carnot.

Resultados e Observações

• Inconsistência Termodinâmica: A análise demonstra que a igualdade das energias livres ($F_s = F_n$) em $H_c$ não pode ser derivada sem contradizer a segunda lei da termodinâmica. Se a transição for reversível (como assumido para uma transição de primeira ordem), o trabalho realizado pela fonte de potência deve resultar em uma diminuição líquida de entropia ou em uma violação da conservação de energia.
• Correntes Persistentes como Fontes de Energia DC: O artigo cita observações experimentais de correntes persistentes ($I_p \neq 0$) em anéis com resistência não nula ($R > 0$) e a resultante tensão/potência DC ($W = V_{dc}I_p$) em anéis assimétricos. Esses fenômenos são apresentados como evidência experimental de uma fonte de energia DC operando em equilíbrio termodinâmico, o que contradiz a segunda lei.
• Regressão no Entendimento: O autor conclui que a comunidade da supercondutividade regrediu em seu entendimento da termodinâmica, esquecendo que a dissipação de energia cinética em calor Joule é um processo irreversível. Essa "regressão" é atribuída à crença dogmática na impossibilidade de movimento perpétuo.

Significância e Alegações
O artigo alega que a "termodinâmica falsa dos supercondutores" é uma consequência direta de séculos de fé na impossibilidade de máquinas de movimento perpétuo, em vez de um entendimento científico rigoroso. O autor afirma que:

1. O efeito Meissner e a existência de correntes persistentes macroscópicas em anéis resistivos constituem violações experimentais da segunda lei da termodinâmica.
2. As teorias convencionais (BCS, Ginzburg-Landau) e suas interpretações termodinâmicas são fundamentalmente inconsistentes com as leis de conservação de energia e entropia.
3. A comunidade científica ignorou essas contradições por quase um século devido à "fé cega", levando a uma situação onde especialistas aceitam teorias que contradizem leis físicas básicas.
4. O autor pede uma reavaliação da segunda lei, sugerindo que a suposição de desordem molecular (necessária para a validade da lei) é violada em sistemas quânticos macroscópicos. O artigo conclui que a energia de uma bateria poderia, teoricamente, ser aumentada pelo trabalho excedente negativo em um ciclo de Gorter, um fenômeno que o autor sugere poder ser corroborado experimentalmente.

O artigo não propõe uma nova teoria da supercondutividade, mas sim exige que as contradições existentes sejam reconhecidas e que a "termodinâmica falsa" atualmente ensinada no campo seja descartada em favor de um arcabouço que aceite essas aparentes violações da segunda lei.