JUAN MANUEL RIVERA JUÁREZ / ELVA CABRERA MURUATO
JUAN MANUEL RIVERA JUÁREZ / ELVA CABRERA MURUATO

A mediados del siglo 19, científicos e ingenieros trabajaban de forma muy precisa en la manera en que se relacionaban entre sí las diferentes manifestaciones de energía. Los investigadores midieron la cantidad de energía que se necesitaba para generar una cierta cantidad de otro tipo diferente.

Lo más importante del proceso es que los científicos se dieron cuenta de que, aunque el trabajo mecánico y el calor aparentaban ser dos cosas muy diferentes, eran, de hecho, dos caras de la misma moneda (la energía). Esta noción vendría a conocerse con el tiempo como la Primera Ley de la Termodinámica, que establece que la energía nunca se crea ni se destruye, sólo cambia o se transforma de una forma a otra. También se dieron cuenta de que la energía total de todo el Universo era constante.

Sorprendentemente, hay una cantidad fija de energía que justamente cambia entre muchas formas diferentes. Pero a pesar de lo impresionante de la primera Ley de la Termodinámica, surgió una enorme pregunta: ¿qué es exactamente lo que sucede cuando una forma de energía cambia a otra? La respuesta a esta pregunta sería la base de lo que vendría a conocerse como la segunda Ley de la Termodinámica.

En las décadas de 1850 y 1860, Rudolf Clausius (1822-1888) ofreció lo que fue realmente el primer análisis matemático coherente y ordenado de cómo funcionaba la termodinámica. Su planteamiento era que no sólo había una cantidad fija de energía en el Universo, sino que la energía parecía seguir un patrón muy estricto: la energía en forma de calor siempre se mueve en una sola dirección. Esta visión es, de hecho, una de las ideas más importantes en toda la ciencia.

Como Clausius lo expresó: “el calor no puede pasar, por sí sólo, desde un cuerpo frío a otro más caliente”; esto puede parecer completamente obvio, pero fue una visión crucial. El flujo de calor iba en un solo sentido, proceso que parecía ser la manera fundamental de cómo está constituido el Universo. Por supuesto, los objetos se pueden calentar más, pero siempre es necesario hacer algo para que esto suceda. El calor no fluye espontáneamente de un cuerpo frío a uno caliente (siempre sucede lo contrario) y Rudolf no se limitó a observar el proceso, sino que reunió todas esas ideas de cómo la energía se transfiere y las expresó en un lenguaje matemático.

Lo que hizo fue introducir una nueva magnitud que denominó entropía. Básicamente lo que establece la ecuación en el contexto es que, a medida que el calor se transfiere de los cuerpos más calientes a los más fríos, la entropía siempre aumenta. La entropía parecía ser una medida de cómo el calor se disipa o se extiende. Cuando los objetos calientes se enfrían, la entropía aumenta. Aparentemente para Clausius, en un sistema aislado el proceso sería irreversible. Estaba tan confiado en sus matemáticas que se imaginaba que este proceso de irreversibilidad sucedía en el inmenso cosmos.

Se especula que la entropía de todo el Universo tiende a incrementarse hacia un máximo y no hay nada que podamos hacer para evitar esto. Esta segunda idea se conoce como la Segunda Ley de la Termodinámica y resultó ser más extraña, más bella y más universal de lo que Clausius podría haber imaginado.

La Segunda Ley de la Termodinámica parecía decir que todas las cosas que desprendían calor, de algún modo, estaban conectadas entre sí, todas las cosas que desprendían calor formaban parte de un proceso irreversible que estaba sucediendo en todas partes, un proceso de distribución y dispersión, un proceso de incremento de la entropía.

A pesar de los logros de la termodinámica en la mitad del siglo XIX, hubo un gran debate y confusión respecto al tema. ¿Qué es exactamente esa cosa extraña llamada entropía? y ¿por qué va siempre en aumento? Responder a esta cuestión implicaría un increíble avance intelectual que acabaría revelando la verdad sobre la energía y las muchas formas de orden y desorden que observamos en el Universo.

Muchos científicos abordarían el misterioso concepto de la entropía, pero uno de ellos en particular mostraría lo que realmente era la entropía y por qué siempre debe aumentar a través del tiempo: su nombre era Ludwig Boltzmann.

 

jmrivera@fisica.uaz.edu.mx

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