Las amenazas de nuestro mundo (4 page)

Resumiendo, el cambio espontáneo se produce de un estado de distribución desigual de energía a un estado de igual distribución de energía, y a un promedio que es proporcional a la cifra de desigualdad. Tan pronto como la distribución de energía
alcanza
un mismo nivel, el cambio
cesa.

Si observáramos dos depósitos de agua conectados entre sí, ambos con el mismo nivel, y sin absolutamente ninguna intervención exterior, el agua fluyera en una u otra dirección, de manera que el nivel de uno de los depósitos se elevara mientras que en el otro bajara, estaríamos contemplando un milagro.

El agua corriente puede desarrollar trabajo. Puede mover una turbina que generará fluido eléctrico, o, simplemente, puede arrastrar cosas con ella. A medida que el promedio de fluido de agua disminuye, la proporción en que el trabajo puede hacerse aminora también. Si el agua deja de correr, no puede realizarse más trabajo.

Cuando el flujo del agua se detiene, cuando la altura del agua es la misma en ambos depósitos, todo se detiene. Toda el agua continúa allí todavía. Toda la energía está allí aún. Sin embargo, toda esa agua y energía
ya no están distribuidas desigualmente.
Es la distribución desigual de energía la que produce cambio, movimiento y trabajo, mientras se esfuerza en alcanzar una distribución uniforme. Cuando la distribución se ha equilibrado, ya no hay cambio, ni movimiento, ni trabajo.

Y lo que es más, el cambio espontáneo siempre se produce desde una distribución desigual a una distribución igual, y cuando se ha logrado la distribución igual, jamás volverá espontáneamente a una distribución desigual
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.

Veamos otro ejemplo: en lugar de nivel de agua esta vez nos referimos al calor. Tomemos dos cuerpos. Uno de ellos puede contener una mayor intensidad de energía de calor que el otro. El nivel de intensidad de energía calorífica se mide como «temperatura». Cuanto mayor es el nivel de intensidad de energía calorífica de un cuerpo, tanto mayor es la temperatura y tanto más su calor. Se puede hablar, por tanto, de un cuerpo caliente y de un cuerpo frío y encontrar su equivalencia con nuestro caso anterior del depósito lleno y el depósito casi vacío.

Supongamos que los dos cuerpos formasen un sistema cerrado, de modo que ningún calor pudiera introducirse en ellos, procedente del Universo exterior, ni tampoco pudiera escapar de ellos ningún calor hacia el Universo exterior. Ahora imaginemos los dos cuerpos, el caliente y el frío, en contacto.

Sabemos con exactitud lo que sucedería partiendo de nuestra experiencia en la vida real. El calor fluirá del cuerpo caliente hacia el cuerpo frío, del mismo modo que el agua fluirá desde un depósito lleno a un depósito vacío. Mientras continúa el flujo de calor, el cuerpo caliente se enfriará y el cuerpo frío se calentará, del mismo modo que el depósito rebosante quedó menos lleno y el vacío se llenó más. Finalmente, los dos cuerpos tendrán la misma temperatura, de la misma manera que los dos depósitos terminaron con el mismo nivel de agua.

Aquí también, el promedio de flujo de calor desde el cuerpo caliente al cuerpo frío depende del nivel de desigualdad en la distribución de energía. Cuanto mayor sea la diferencia de temperatura entre los dos cuerpos, tanto más rápidamente el calor fluirá del cuerpo caliente al cuerpo frío. Al mismo tiempo que el cuerpo caliente se enfría y el cuerpo frío se calienta, la diferencia de temperatura disminuye, y también lo hace el promedio de flujo del calor. Por último, cuando los dos cuerpos están a la misma temperatura, el flujo de calor se detiene por completo y cesa de fluir en cualquier dirección.

Aquí también la dirección del flujo de calor es espontánea. Si dos cuerpos de temperatura diferente se juntaran, y si el calor no fluyera, o si el calor fluyera del cuerpo frío al cuerpo caliente, de modo que el cuerpo frío se enfriaría más todavía y el cuerpo caliente se calentara más, y si estábamos seguros de que se trataba de un sistema cerrado realmente y de que no había trampa, deberíamos llegar a la conclusión de que estábamos presenciando un milagro. (Y, repetimos, nadie ha sido testigo de un milagro semejante que los científicos hayan podido registrar.)

De nuevo, cuando los dos cuerpos están a la misma temperatura no tiene lugar ya ningún flujo de calor que hiciera que alguno de los cuerpos se calentara o enfriara.

Tales cambios están también relacionados con el flujo del tiempo. Si observásemos una película de los dos objetos, enfocando un termómetro a cada uno de ellos, y comprobáramos que una temperatura continuaba alta y la otra baja, sin sufrir cambios, sacaríamos la conclusión de que la película estaba parada. Si notásemos que la columna de mercurio del termómetro que marcara mayor temperatura se elevaba todavía más, mientras que la columna de mercurio en el otro termómetro descendía más aún, creeríamos que se estaba pasando la película al revés.

Usando un cuerpo caliente y otro frío, podríamos conseguir un rendimiento de trabajo del flujo de calor. El calor procedente del cuerpo caliente podría evaporar un líquido y el vapor en expansión podría accionar un pistón. El vapor llevaría entonces el calor hasta el cuerpo frío, se convertiría nuevamente en líquido, y el proceso podría continuar una y otra vez.

Mientras se realiza el trabajo y fluye el calor, el cuerpo caliente transfiere su calor al líquido en evaporación y el vapor, al condensarse, transfiere su calor al cuerpo frío. Por tanto, el cuerpo caliente se enfría y el cuerpo frío se calienta. Cuando las temperaturas de ambos se van aproximando, el promedio de fluidez del calor decrece, y asimismo disminuye el ritmo de trabajo. Cuando los dos cuerpos tienen la misma temperatura, cesa el flujo de calor y no se realiza ningún trabajo. Los cuerpos están allí todavía, toda la energía del calor está allí, pero no existe ya una distribución desigual de calor, y, por tanto, ningún cambio, ningún movimiento, ningún trabajo.

Repetimos, el cambio espontáneo se produce por una distribución desigual de energía que se equilibra, desde la capacidad de cambio, movimiento y trabajo, a la ausencia de tal capacidad, y cuando esa capacidad desaparece, no se recupera de nuevo.

Los estudios sobre la energía requieren normalmente una consideración cuidadosa del flujo de calor y de los cambios de temperatura porque éste es el aspecto más fácil del tema que se puede desarrollar en el laboratorio, y porque tuvo también una importancia especial en una época en que los motores de vapor constituían el método más logrado para convertir energía en trabajo. Por esta razón la ciencia del cambio-energía, flujo-energía, y la conversión de energía en trabajo, fue llamada «termodinámica», derivada de dos palabras griegas que significaban «calor-movimiento».

La ley de la conservación de la energía es conocida algunas veces como «la primera ley de la termodinámica» porque constituye la primera norma básica que regula lo que sucederá y lo que no sucederá en relación con la energía..

El cambio espontáneo de una distribución equilibrada de energía a una distribución uniforme es conocido como «la segunda ley de la termodinámica».

La segunda ley de la termodinámica fue prefigurada ya en 1824, cuando el físico francés Nicolás S. L. Carnot (1796-1832) estudió por vez primera, con minucioso detalle, la corriente calorífica en los motores de vapor.

Sin embargo, hasta el año 1850, el físico alemán Rudolf J. E. Clausius (1822-1888) no sugirió que este proceso de nivelación era aplicable a todas las formas de energía y a todos los procesos del Universo. Por consiguiente, se ha considerado a Clausius como el descubridor de la segunda ley de la termodinámica.

Clausius demostró que una cantidad basada en la proporción del calor total a la temperatura de cualquier cuerpo determinado era importante en relación con el proceso de nivelación. Asignó el nombre de «entropía» a esa cantidad. Cuanto menor es la entropía, tanto más desigual será la distribución de energía. Cuanto mayor la entropía, tanto más equilibrada será la distribución de energía. Como la tendencia espontánea parece producirse invariablemente para cambiar una distribución desigual de energía transformándola en distribución nivelada, podemos decir que la tendencia espontánea parece estar encaminada en todos los casos a transformar una entropía baja en una entropía alta.

Podemos explicarlo como sigue:

La primera ley de la termodinámica establece: el contenido de energía del Universo es constante.

La segunda ley de la termodinámica establece: el contenido de entropía del Universo aumenta constantemente.

Si la primera ley de la termodinámica parece indicar que el Universo es inmortal, la segunda ley nos demuestra que esa inmortalidad, es, en cierto modo, sin valor. La energía estará siempre presente, pero no siempre podrá aportar cambio, movimiento y trabajo.

Algún día, la entropía del Universo llegará a su máximo y toda la energía se equilibrará. Entonces, aunque la energía esté allí, no será posible que se produzca ningún cambio, ningún movimiento, ningún trabajo, ninguna vida, ninguna inteligencia. El Universo continuará existiendo, pero únicamente como una estatua helada del Universo. La película dejará de rodar y nosotros quedaremos para siempre con el aspecto de una «vista fija».

Dado que el calor es la forma de energía menos organizada y la que tiende más fácilmente a esparcirse distribuyéndose por igual, cualquier cambio a calor de cualquier forma de energía no calorífica representa un incremento de entropía. El cambio espontáneo se produce siempre de electricidad a calor, de energía química a calor, de energía radiante a calor, y así sucesivamente.

Por consiguiente, a una entropía máxima, se habrán convertido en calor todas las formas de energía capaces de convertirse, y todas las partes del Universo estarán a la misma temperatura. Esto ha sido llamado algunas veces «la muerte por calor del Universo» y, según lo que se ha expuesto hasta aquí, este final parecería inevitable e inexorable.

Los finales del Universo mítico y del Universo científico son, por tanto, muy diferentes. El Universo mítico termina con una vasta conflagración y se destruye; acaba de repente. El Universo científico, si está predestinado a la muerte por el calor, acabará con un prolongado gemido.

El final del Universo mítico parece esperarse siempre para un próximo futuro. El final del Universo científico por el camino del calor mortal queda muy lejos todavía. Por lo menos, está a mil millones de años, quizás a muchos miles de millones de años en el futuro. Considerando que la edad actual del Universo se calcula tan sólo en unos quince mil millones de años, nos hallamos evidentemente en la infancia de su vida.

No obstante, aunque el final del Universo mítico se describe normalmente como violento y próximo, se acepta porque lleva intrínseca la promesa de la regeneración. El final del Universo científico, muerte por el calor, aunque sea pacífico y esté muy lejos en el futuro, no parece llevar consigo ninguna promesa de regeneración, sino ser definitivamente el final; al parecer, esto es algo difícil de aceptar. La gente busca alguna salida.

Después de todo, los procesos que son espontáneos pueden, a pesar de todo, revertir. El agua puede elevarse con una bomba, aunque su tendencia sea la de buscar el nivel. Los objetos pueden enfriarse por debajo de la temperatura ambiente y ser conservados en un refrigerador; o calentados a mayor temperatura que la ambiental y ser mantenidos en un horno. Considerándolos desde ese aspecto, cabe creer que quizás el inexorable aumento de entropía podría ser vencido.

Algunas veces, el proceso de aumento de entropía se describe imaginando que el Universo es un enorme reloj de indescriptible complejidad que lentamente reduce su marcha. Bien, los seres humanos poseemos relojes que pueden, y así lo hacen, reducir la marcha, pero nosotros siempre podemos darles cuerda. ¿No podría existir algún proceso análogo con respecto al Universo?

Ciertamente, no hemos de imaginar que se llegue a una reducción de entropía tan sólo por medio de la acción deliberada de los seres humanos. La propia vida, totalmente aparte de la inteligencia humana, parece desafiar la segunda ley de la termodinámica. Los individuos mueren, pero nacen nuevos individuos, y la juventud prevalece ahora como siempre lo hizo. La vegetación muere en invierno, pero crece de nuevo en la primavera. La vida ha continuado en la Tierra durante más de tres mil millones de años y no muestra ningún signo de disminuir. De hecho, los signos son de expansión, pues durante toda la historia de la vida de la Tierra, la vida ha crecido cada vez más compleja tanto en el caso de los organismos individuales como en el encadenamiento ecológico que los relaciona. La historia de la evolución biológica representa un
vasto
descenso de entropía.

Por ello, algunas personas han tratado de definir la vida como un mecanismo de descenso de entropía. Si esto fuese verdad, el Universo no podría experimentar una muerte por calor, ya que allí donde la vida ejerce influencia automáticamente actuaría para disminuir la entropía. Sin embargo, esta teoría es equivocada. La vida no es un mecanismo que haga disminuir la entropía y no puede, por sí misma, impedir la muerte por el calor. Creer eso y en la certeza de su posibilidad, está basado en un deseo ardiente y una comprensión imperfecta.

Las leyes de la termodinámica se aplican a los sistemas cerrados. Si se utiliza una bomba para disminuir la entropía y hacer subir agua montaña arriba, la bomba tiene que ser considerada como parte del sistema. Si se utiliza un refrigerador para disminuir la entropía enfriando los objetos a una temperatura menor a la del ambiente, ese refrigerador ha de ser considerado como parte del sistema. Ni la bomba ni el refrigerador pueden ser considerados simplemente por sí mismos. Sea lo que fuere a lo que están conectados, cualquiera que sea la fuente de su poder, eso también tiene que ser considerado como parte del sistema.

En todas las ocasiones en que el ser humano y las herramientas humanas se utilizan para disminuir la entropía e invertir una acción espontánea, el resultado que se logra es que los seres humanos y las herramientas humanas implicados en ese proceso, sufran un aumento de entropía. Y lo que es más todavía, ese aumento de entropía en los seres humanos y sus herramientas es mucho mayor,
invariablemente,
que la disminución de esa parte del sistema de la que se invierte la reacción espontánea. Por consiguiente, la entropía de todo el sistema aumenta;
siempre
aumenta.