Más allá del Frio

 El descubrimiento de las enanas blancas en el año 1900 era profundamente desconcertante para los astrónomos. Desde su temperatura y luminosidad que estaba claro enanas blancas son aproximadamente del tamaño de la Tierra. Dado que algunas enanas blancas orbitan otras estrellas, también podemos determinamos que son casi tan masiva que el Sol ¿Cómo es posible que tanta masa a comprimir dentro de un volumen tan pequeño, sin colapsar sobre sí mismo?
La idea más popular en ese momento suponía que bajo grandes electrones de presión podría ser libre de átomos, produciendo un plasma súper densa de electrones libres y los núcleos atómicos. Como los electrones son extraordinariamente pequeña, que actuarían como un gas ideal con las relaciones habituales de temperatura y presión. El "gas de electrones" de una enana blanca sería, por tanto, tener suficiente presión para mantener la estrella se colapse.

  

La Nebulosa Boomerang se ubica justo por encima del cero absoluto, con una temperatura de sólo 1 K.

Mientras que parece razonable, Arthur Eddington observó que dio lugar a una paradoja que implica la termodinámica. Una ley fundamental de la termodinámica establece que nada puede ser enfriado por debajo del cero absoluto. Esto se aplica a un gas de electrones también. Dado que las enanas blancas emiten calor y la luz, con el tiempo iban a enfriar. Pero Eddington señaló que enana blanca sólo existía la materia, ya que se encuentra bajo presión. Si ha retirado la presión del material debería expandirse de nuevo en la materia atómica regular. Así que supongamos que has encontrado una enana blanca particularmente frío. El gas de electrones y los núcleos estaría por encima del cero absoluto, pero es la energía por unidad de masa sería menor que el de la materia normal en el cero absoluto. Si tomó un poco de esa enana blanca y quitar la presión, ¿qué pasaría? En teoría debería ser más frío que el cero absoluto, que no es posible.
La paradoja se resolvió finalmente en 1926 por R. H. Fowler. El problema, según él, se deriva de tratamiento de electrones como objetos clásicos como los átomos. Los electrones siguen las reglas de la teoría cuántica. Debido al principio de exclusión de Pauli hay un límite a lo cerca que se pueden juntar. Un gas de electrones en una enana blanca, por tanto, no puede enfriarse por debajo de cero absoluto, porque las leyes de la mecánica cuántica no lo permiten. En pocos años Subrahmanyan Chandrasekhar amplió esta idea de mostrar que las enanas blancas no pueden tener más masa que alrededor de 1,4 soles. Este límite superior en el tamaño llegó a ser conocido como el límite Chadrasekhar.
Lo que comenzó como una paradoja de la termodinámica se convirtió en la primera demostración de la conexión cuántica entre la muy grande y lo muy pequeño. Se nos indicó en la dirección de la astronomía moderna.