Milagro en el filo (V)

Parece que el «negro» se ha animado. Ya verán que su abuela no tiene ninguna influencia gravitacional. Bien está. No me deja hablarles, todavía, de cosas de ingenieros, de las máquinas y de la eficiencia. Por mi parte, sigo tomando notas. Puede parecer que nos estamos liando en la introducción, en vez de meterle el diente al asunto fascinante. No lo crean. En este blog presidido por el único ser que fue capaz de plantarle cara a la plaga entrópica, creemos en los buenos principios. El negro me dice que lea y que entienda, que no encontraré nada igual. Aplíquense el cuento.


Sigue desde …

Lo prometido es deuda que pago. Contaba que tenía que explicar cómo dar ese salto que permite hacer lo reversible irreversible. La respuesta es sorpredentemente simple: dándolo.

Permítame que recapitule. Tenemos a ese señor que ha estudiado un montón y le han explicado miles de fenómenos reales. Sabe cómo se mueve el sistema solar, cómo se mueve una partícula y dos y tres. Ha llegado hasta el femtosegundo anterior al inicio del todo y, si ha tenido la suerte de no liarse en una supercuerda, aún respira.

Todo cumplirá la simetría de inversión temporal: es incapaz de saber si el tiempo avanza o retrocede. Si graba uno de sus experimentos y reproduce el vídeo es incapaz de saber si lo están reproduciendo marcha adelante o marcha atrás …

Sin embargo sabe distinguir cuando, por ejemplo, se trata de un asunto de vida o muerte …

La simetría de inversión temporal está relacionada con la conservación de la energía y con el adagio universal de que la energía ni se crea ni se destruye, únicamente se transforma. Pero implica algo más. Si la única restricción fuera que la energía inicial y la energía final coincidan, las etiquetas ‘inicial’ y ‘final’ serían intercambiables. La pareja principio-fin funciona tan bien (obedece a la conservación de la energía tan bien) como la pareja fin-principio. Que es tanto como decir que ni hay principio ni fin.

Si desciendo a los accidentes de un ejemplo, la idea expresa que lo mismo me da hacer caer un objeto y aprovechar su energía gravitatoria para mover un dispositivo (energía cinética) adecuado que cargue una pila (energía eléctrica); que descargar la pila eléctrica para poder elevar un objeto hasta la misma altura. Así, todas las formas de trabajo (todas las formas de intercambiar energía) son equivalentes y, salvo aspectos accidentales, indistinguibles. Y las reconocemos como trabajo. Y un último punto: el problema del trabajo resulta ser meramente cuantitativo; de cuánto.

La única forma de romper esta simetría es rompiéndola. Qué pasaría si existiera una forma de intercambiar energía que no tuviese esa propiedad: que yo pudiera, por ejemplo, transformar el trabajo que quisiera en esa forma de energía, pero no al revés. Planteado como un gedankenexperiment, su importancia radica en las consecuencias de la hipótesis.

Lo primero es una cuestión de terminología. Esa forma de transmitir energía no podría llamarse trabajo, ya que no obedece a esa propiedad característica. Llamémosla calor. La hipótesis significa que si soy capaz de hacer descender un cuerpo y transformar su energía potencial gravitatoria en lo que hemos llamado calor (y que se almacenará en alguna parte), soy incapaz de hacer lo contrario. Es decir, si extraigo el calor de ese almacén no podré elevar el cuerpo hasta su altura original. Y, evidentemente, tampoco hasta un altura más alta (quien puede lo más, puede lo menos). Se quedará algo más bajo.

La pregunta es natural. ¿Qué pasa con ese defecto de energía? Dónde fue. La respuesta es que sólo pudo almacenarse en otro almacén en forma de calor. La razón es sencilla: si hubiera quedado como un trabajo, ese trabajo se podría haber utilizado en seguir subiendo el cuerpo y dejarlo en su altura original.

Necesitamos pues dos almacenes… y todo para no conseguir lo que queremos. Lo importante del asunto es que los almacenes se relacionan de nuevo por una condición ‘puedo esto pero no lo contrario’. Se trata de lo siguiente: hemos sacado calor (llamemos a esto enfriar) de un primer almacén para meter calor (llamemos a esto calentar) en un segundo almacén y elevar un cuerpo. Siempre que ocurriera eso, no podría ocurrir nunca lo siguiente: enfriar el segundo almacén para calentar el primero y elevar un cuerpo. Nunca. Ambas acciones descritas, ocurriendo simultáneamente, destruirían la hipótesis de partida.

Esta imposibilidad (insisto de nuevo: yo puedo hacer algo pero no puedo hacer lo contrario) permite ordenar los almacenes ya que obdecen a las mismas reglas de la relación «mayor que»: si A es mayor que B entonces B no es mayor que A. Y al observable físico que determina el orden lo llamamos temperatura.

Aquí se ha introducido ya otro aspecto nuevo que ha pasado inadvertido. El problema del calor no puede ser meramente cuantitativo; es cuantitativo y cualitativo. De cuánto calor estamos hablando y de con qué almacén lo estamos intercambiando (a qué temperatura).

Relea el texto y entiéndalo, ya que no encontrará algo igual. Y comprendan también por qué dicen que el segundo principio ocupa una posición preminente en la filosofía natural. Si se violara, sus consecuencias se desvanecerían como los fotogramas de Regreso al Futuro. Así, por de pronto, no habría nada parecido a calor o temperatura. Por eso estamos muy seguros de que funciona. Así en la muerte como en la vida.

¿Es suficiente por hoy? Hay otra ordenación subyacente. Se refiere a los sistemas aislados pero se pospone para otro día.