Existe un juego.
En ese juego, no puedes ganar.
Ni siquiera puedes empatar.
Y no puedes dejar de jugar.
Así se resumen las reglas de un juego que ha estado ocurriendo ya por 14 mil millones de años en el universo. Poco después de sus primeros instantes de existencia, la naturaleza puso en marcha lo que hoy llamamos “termodinámica”. Estos son los procesos de los cuerpos transfiriendo energía, produciendo trabajo y cómo se relacionan con el calor y temperatura. Todos participamos en ese juego sin excepción.
La ley 0, “Existe un juego”, denota el hecho que el universo es gobernado por el deseo de todos los cuerpos a buscar el equilibrio térmico. Si usted pone dos metales en contacto, uno caliente y el otro frío, eventualmente ambos cuerpos buscarán distribuir el calor entre sí. En esencia, la ley dice que la termodinámica gobierna la existencia de todo y que el juego por encontrar ese equilibrio siempre está sucediendo en todas partes; desde nuestra cocina hasta en el núcleo de todas las estrellas.
La ley 1, “En ese juego, no puedes ganar”, dictamina la conservación de la energía. En los procesos macroscópicos, la energía no puede ser creada ni destruida, solo puede ser transferida o convertida. Por ejemplo, por mas que intente, usted no puede construir una máquina simple que se mantenga en movimiento perpetuo por sí sola. Muchos lo han intentado, y siempre, siempre sus máquinas se detienen eventualmente. Se necesita energía para producir trabajo y esta debe obtenerse de algún lado. No se puede producir más energía de la que se tiene.
La ley 2, “Ni siquiera puedes empatar”, es conocida también como la Ley de la Entropía y dice que la entropía (S) de un sistema siempre aumenta con el tiempo (t). Se resume con la siguiente ecuación:
dS/dt >0
¿Y qué es la entropía? Es un sinónimo de desorden o caos. A menos que haya una inyección externa de energía, las cosas siempre tienden al desorden. Mezcle la leche con su café, y lo que se crea es una mezcla caótica. Nunca verá la leche separarse espontáneamente del café. Deje caer un huevo, y va producir más desorden. Nunca verá un huevo quebrado volverse a armar. Son procesos irreversibles. Esto implica que todo el universo, en su conjunto, está condenado inevitablemente a aumentar su desorden con el tiempo y perder toda su capacidad energética para producir trabajo. La vida terminará, las estrellas se apagarán y se volverá frío, estático y oscuro. Nunca se puede empatar en este juego, solo seguir perdiendo.
Eventualmente, el juego se pierde cuando la temperatura llega al cero absoluto. Pero la tercera ley nos dice que no importa que tanto lo intente, nunca podrá enfriar un cuerpo hasta el cero absoluto. Se dará cuenta que entre más se acerca, siempre quedará algún minúsculo residuo de comportamiento térmico que nunca podrá remover. El cosmos irá enfriándose poco a poco, pero tendrá siempre energía térmica cada vez más esparcida en toda su materia. Esa energía seguirá estando ahí sin poder ser convertida en trabajo. Por tanto, el juego nunca va terminar.
Pero… un momento. Vuelva a revisar la segunda ley de la termodinámica. Esta tiene una importantísima implicación adicional que es tan sutil como fundamental: por producir procesos irreversibles, determina la dirección del tiempo. Esto parece algo obvio, pero en realidad no lo es. Matemáticamente, ninguna otra ley clásica de la naturaleza tiene una dirección obligada. Piénselo de esta forma: si usted toma dos fotos del estado del universo en cualquier momento, no puede saber cual se tomo primero y cual se tomó después, excepto al examinar su entropía. Porque la entropía siempre aumenta, el momento en el que el universo en su totalidad se encuentre en más desorden será la foto más reciente. Y este pensamiento lleva una pregunta aún más fundamental: ¿que es el tiempo?
Esa respuesta la examinaremos más adelante con Einstein.
(Para ver algunos intentos de máquinas de movimiento perpetuo o más sobre la entropía y la dirección del tiempo, visite el sitio web: http://52ecuaciones.xyz).
Ingeniero Aeroespacial
salvadoreño,
radicado en Holanda.