¿Una nueva física por "debajo" del Cero Absoluto?

Unos físicos en la Universidad Ludwig-Maximilian de Múnich, y el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica en Garching, ambas instituciones en Alemania, han creado en el laboratorio un gas atómico que llega a alcanzar valores negativos en la escala Kelvin, siguiendo las definiciones convencionales adoptadas. Estas temperaturas absolutas negativas tienen varias implicaciones aparentemente absurdas: Aunque los átomos en el gas se atraen entre sí y producen una presión negativa, el gas no se colapsa, una conducta también postulada en la cosmología para el efecto principal de la energía oscura.Para convertir al agua en vapor, hay que suministrar energía. A medida que el agua se calienta, las moléculas de agua incrementan su energía cinética y en promedio se mueven cada vez más rápido. Sin embargo, las moléculas individuales poseen energías cinéticas distintas, desde muy lentas hasta muy rápidas. Los estados de baja energía son más comunes que los de alta energía, es decir, sólo unas pocas partículas se mueven con mucha rapidez. En física, esta distribución se conoce como Distribución de Boltzmann. El equipo de físicos de Ulrich Schneider e Immanuel Bloch ha dado ahora con un gas en el que esta distribución está invertida: muchas partículas poseen energías altas, y sólo unas pocas tienen energías bajas. Esta inversión de la distribución de energía implica que las partículas han asumido, al menos en ese aspecto, una temperatura absoluta negativa.

Como mejor se puede ilustrar el significado de una temperatura absoluta negativa es con esferas que ruedan en un paisaje en el que los valles representan una energía potencial baja, y las colinas una energía potencial alta. Cuanto más rápido se muevan las esferas, mayor es su energía cinética: Si se parte de temperaturas positivas y se aumenta la energía total de las esferas calentándolas, esas esferas se moverán cada vez más hacia regiones de alta energía. Si fuera posible calentar las esferas hasta una temperatura infinita, las probabilidades de que estuvieran en algún punto del paisaje serían la mismas para cualquier punto, independientemente de la energía potencial. Si en esa situación se pudiera añadir aún más energía y por tanto calentar aún más las esferas, éstas se reunirían preferentemente en estados de alta energía, y estarían aún más calientes que una temperatura infinita. La distribución de Boltzmann se invertiría, y la temperatura sería por tanto negativa. A primera vista, puede parecer extraño que una temperatura absoluta negativa sea más caliente que una positiva. Sin embargo, esto es simplemente una consecuencia de la definición histórica de Temperatura Absoluta; si estuviera definida de manera diferente, esta contradicción aparente no existiría.

Con la ayuda de temperaturas absolutas negativas, se podría, hipotéticamente hablando, crear motores térmicos capaces de proezas imposibles en el mundo físico conocido, como por ejemplo un motor de combustión con una eficiencia termodinámica superior al 100 por cien.