Las amenazas de nuestro mundo (5 page)

Un ser humano puede durante su vida, ciertamente, invertir muchas, muchísimas reacciones espontáneas, y muchos seres humanos, trabajando juntos, han construido la enorme red de trabajo tecnológico que cubre la Tierra, desde las pirámides de Egipto y la Gran Muralla de China hasta el último de los rascacielos y diques. ¿Es posible que los seres humanos experimenten un aumento tan enorme de entropía y sigan todavía avanzando?

De nuevo ponemos de relieve que no se puede considerar a los seres humanos por sí mismos. Ellos no forman ningún sistema cerrado. Un ser humano come, bebe, respira, elimina productos de desecho, y todas esas manifestaciones son relacionadas con el Universo exterior, conductos por los que la energía entra o sale. Si se quiere considerar a un ser humano como un sistema cerrado, hay que tener en cuenta también lo que come, bebe, respira y elimina.

La entropía de un ser humano se eleva a medida que invierte las acciones espontáneas, y como ya he dicho, su aumento de entropía se incrementa en mayor grado que la disminución de entropía que produce. Sin embargo, un ser humano disminuye su entropía continuamente al comer, beber, respirar y eliminar. (Naturalmente, la disminución no es perfecta; a veces, cada ser humano se muere, a causa de los aumentos lentos de entropía por uno y otro lado que no pueden recuperarse.)

Sin embargo, el aumento de entropía en el agua, el alimento, el aire y las porciones de eliminación del sistema, está, repito, muy por encima de la disminución de entropía del propio ser humano. Existe un aumento de entropía para el sistema entero.

De hecho, toda la vida animal, y no únicamente el ser humano, se desarrolla y mantiene su entropía a un bajo nivel a costa de un gran aumento en la entropía de su alimentación, que consiste, si la analizamos, en la vegetación de la Tierra. ¿Cómo es posible, por tanto, que siga existiendo el mundo vegetal? Después de todo, no puede existir mucho tiempo si su entropía aumenta constantemente.

El mundo vegetal produce el alimento y el oxígeno (el componente clave del aire) del que vive el mundo animal a través de un proceso conocido como «fotosíntesis». Esto ha venido ocurriendo durante miles de millones de años; pero la vida animal y vegetal consideradas como un todo tampoco son un sistema cerrado. Las plantas reciben del sol la energía que origina su producción de alimento y de oxígeno.

Por tanto, es el Sol el que hace posible la vida y el propio astro rey ha de ser incluido como formando parte del sistema de vida antes que las leyes de la termodinámica puedan ser aplicadas a la vida. La entropía del Sol aumenta constantemente en una proporción que supera, en mucho, cualquier disminución de entropía que la vida aporte. Por consiguiente, la red de cambios en entropía del sistema que incluye la vida
y
el Sol, aumenta constante y considerablemente. La vasta disminución de entropía representada por la evolución biológica se convierte, por tanto, en una simple onda en la oleada de aumento de entropía representada por el Sol, y concentrarse en la onda excluyendo la oleada es una interpretación totalmente equivocada de los hechos de la termodinámica.

Los seres humanos utilizan otras fuentes de energía, además del alimento y del oxígeno que comen y respiran. Utilizan la energía del viento y del agua corriente, pero ambos son productos del Sol, ya que los vientos son el producto de un calentamiento desigual de la Tierra por el Sol, y el agua comienza a correr a causa de la evaporación del océano por el Sol.

Los seres humanos utilizan combustible para obtener energía. Ese combustible puede ser la madera u otros productos vegetales, basados en la luz del Sol. Puede ser grasa u otros productos animales, y los animales se alimentan de vegetales. Puede ser el carbón, producto del crecimiento vegetal de otras épocas. Puede ser el petróleo, producto del microscópico crecimiento animal de otras épocas. Todos esos combustibles nos llevan al Sol.

Existen energías en la Tierra que no provienen del Sol. En el calor interno de la Tierra hay energía que produce manantiales de agua caliente, géiseres, terremotos, volcanes y movimientos en la corteza terrestre. Hay energía en la rotación de la Tierra, demostrada por las mareas. Existe energía en las reacciones químicas inorgánicas y en la radiactividad.

Todas estas fuentes de energía producen cambios, pero en todos los casos hay un aumento de entropía. Los materiales radiactivos degeneran lentamente y cuando su calor ya no se añada al calor interno de la Tierra, ésta se enfriará. La fricción de las mareas retarda gradualmente la rotación de la Tierra, y así sucesivamente. Incluso el Sol agotará eventualmente su suministro de energía creadora a medida que aumente su entropía. Y la evolución biológica de más de los últimos tres mil millones de años que parece un notable proceso de disminución de entropía, se ha producido a base de un aumento de entropía de todas estas fuentes de energía, y no puede hacer nada para detener el curso de
aquel
aumento.

A la larga, parece que no hay nada que pueda detener el nivel de aumento de entropía o evitar que este llegue al máximo, en cuyo momento se producirá la muerte del Universo por el calor. Y si los seres humanos pudieran escapar de todas las demás catástrofes y de alguna manera seguir existiendo durante billones de años a partir de ahora, ¿no deberán doblegarse a lo inevitable y morir por el calor?

Por todo lo expuesto hasta ahora, así parece.

Sin embargo, hay algo que no encaja en este cuadro del aumento constante en el contenido de entropía del Universo, perceptible cuando miramos hacia atrás en el tiempo.

Puesto que el contenido de entropía del Universo aumenta constantemente, la entropía del Universo debe haber sido inferior hace mil millones de años de lo que es ahora, y todavía menor, hace dos mil millones de años, y así sucesivamente. En algún momento, si retrocedemos el tiempo suficiente, la entropía del Universo debía de ser nula.

Los astrónomos suponen que el Universo debió de comenzar hace aproximadamente unos quince mil millones de años. Según la primera ley de la termodinámica, la energía del Universo es eterna, de modo que, cuando decimos que el Universo comenzó hace quince mil millones de años, no queremos decir que la energía (incluyendo la materia) del Universo fue creada entonces. Había existido siempre. Todo lo que podemos decir es que hace quince mil millones de años que el reloj de entropía comenzó su marcha y su desgaste.

Pero, en primer lugar, ¿qué fue lo que impulsó el inicio de su marcha?

Para responder a esta pregunta, volvamos a los dos ejemplos de aumento de entropía espontánea, el agua que circula de un depósito lleno a un depósito casi vacío, y el calor que fluye de un cuerpo caliente a un cuerpo frío. Daba a entender que ambos eran estrictamente iguales. El calor es tan fluido como el agua y se comporta exactamente de la misma manera. Sin embargo, hay algunos problemas en esa analogía. Después de todo, es fácil comprender el comportamiento del agua de los dos depósitos. La gravedad tira de ella. El agua, respondiendo a un impulso gravitacional de desnivel entre los dos depósitos, circula del depósito lleno al casi vacío. Cuando el agua de ambos depósitos ha llegado a un mismo nivel, el impulso gravitacional en ambos es también igual, y el movimiento cesa. Pero, ¿qué es lo que, análogamente a la gravedad, impulsa al calor y lo lleva de un cuerpo caliente a un cuerpo frío? Antes de dar una respuesta a la cuestión, debemos preguntarnos: ¿qué es el calor?

En el siglo XVIII se creía que el calor era un fluido como el agua, pero mucho más etéreo, y, por tanto, capaz de filtrarse hacia dentro y hacia fuera por los intersticios de los objetos aparentemente sólidos, del mismo modo que el agua puede ser absorbida y escurrida por una esponja.

Sin embargo, en 1798, el físico británico, nacido en Norteamérica, Benjamín Thompson, Conde de Rumford (1753-1814), estudió la producción del calor por la fricción al ser agujereado un cilindro hueco, y sugirió que el calor era esencialmente el movimiento de pequeñísimas partículas de materia. En 1803, el químico inglés John Dalton (1766-1844) tuvo éxito con la teoría atómica de la materia. Toda la materia estaba compuesta por átomos, dijo. Desde el punto de vista de Rumford, pudiera ser que el movimiento de estos átomos representara el calor.

Hacia 1860, el matemático escocés James Clerk Maxwell (1831-1879) descubrió la «teoría dinámica de los gases» enseñando cómo interpretar su comportamiento en términos de los átomos o las moléculas
^[7]
que los componían. Demostró que esas pequeñas partículas, moviéndose al azar, y chocando entre sí y contra las paredes del depósito que las contenía, siempre al azar, podrían justificar las normas que regulan el comportamiento del gas que se había estado investigando durante los dos siglos anteriores.

En cualquier clase de gas, los átomos o moléculas constituyentes se mueven en un amplio campo de velocidades. Sin embargo, la velocidad media es superior en los gases calientes que en los fríos. De hecho, lo que nosotros llamamos temperatura equivale a la velocidad media de las partículas que constituyen un gas. (Por extensión, esto es válido también para líquidos y sólidos, excepto que, en los líquidos y los sólidos, las partículas constituyentes vibran en vez de moverse corporalmente.)

Con el intento de simplificar el argumento que sigue, supongamos que todas las partículas que componen una materia cualquiera a una determinada temperatura se mueven (o vibran) a la velocidad media característica de aquella temperatura.

Imaginemos un cuerpo caliente (gaseoso, líquido o sólido) puesto en contacto con un cuerpo frío. Las partículas al borde del cuerpo caliente chocarán con aquellas al borde del cuerpo frío. Una partícula rápida del cuerpo caliente chocará con una partícula lenta del cuerpo frío, y las dos rebotarán. El
momentum
total de las dos partículas sigue siendo el mismo, pero puede existir una transferencia de
momentum
de un cuerpo al otro. En otras palabras, las dos partículas pueden separarse, quedando con una velocidad diferente a la que llevaban al encontrarse.

Es posible que la partícula rápida ceda algo de su
momentum
la partícula lenta, de modo que la partícula rápida se moverá, después del rebote, con más lentitud, mientras que la lenta después del rebote se moverá con más rapidez. También es posible que la partícula lenta rebote más lentamente todavía, y que la partícula rápida lo haga con más rapidez.

Es tan sólo la casualidad la que determina en qué dirección se realizará la transferencia del
momentum,
pero lo más probable es que el
momentum
se transferirá de la partícula rápida a la lenta, que la partícula rápida rebotará más lentamente y que la partícula lenta lo hará con más rapidez.

¿Por qué? Porque el número de posibilidades de que la transferencia del
momentum
de la partícula rápida pase a la lenta, es mucho mayor que la cifra de posibilidades para que el
momentum
pueda transferirse de la partícula lenta a la más rápida. Si todas las diferentes situaciones tienen la misma probabilidad, en tal caso habrá mayor oportunidad de rápido a lento, que entre las pocas posibilidades de lento a rápido.

Para apreciar con más claridad el razonamiento, imaginemos cincuenta fichas de póquer en un recipiente, todas iguales, numeradas del uno al cincuenta. Tomemos una al azar e imaginemos que hemos sacado el cuarenta y nueve. Es un número alto y representa una partícula de movimiento rápido. Pongamos la ficha cuarenta y nueve en el recipiente (eso representa la colisión) y escojamos otra ficha numerada. Esto representa la velocidad en el rebote. Se podría escoger nuevamente el cuarenta y nueve y rebotar a la misma velocidad a que se había chocado. O se podría elegir el cincuenta y rebotar más rápidamente todavía de lo que se había chocado.
O
se podría escoger cualquier número, del uno al cuarenta y ocho, cuarenta y ocho números en donde elegir, y en cada caso rebotar más lentamente de lo que se había chocado.

Habiéndose escogido el cuarenta y nueve para empezar, la oportunidad de rebotar a una mayor velocidad queda reducida a un número entre cincuenta. La oportunidad de rebotar más lentamente es de cuarenta y ocho entre cincuenta.

La situación sería a la inversa si se hubiera elegido la ficha número dos para empezar. Esto representaría una velocidad muy lenta. Si se la devolvía al grupo y se escogía de nuevo, únicamente se dispondría de una oportunidad entre cincuenta para escoger un uno y rebotar todavía más lentamente de lo que se había chocado, mientras que habría cuarenta y ocho oportunidades entre cincuenta para elegir cualquier número, del tres al cincuenta, y rebotar más rápidamente de lo que se había chocado.

Si imagináramos diez personas cada una de ellas escogiendo la ficha número cuarenta y nueve de otro recipiente, y arrojándola dentro otra vez para probar suerte de nuevo, la oportunidad de que cada una de ellas recogiera el cincuenta y de que cada una de ellas rebotara más rápidamente de lo que habían chocado, estaría en la proporción de uno aproximadamente en cien mil millones. Las oportunidades serían de dos entre tres, por otra parte, de que cada persona de esas diez tuviera un rebote de una velocidad más lenta.

Sucedería lo mismo, a la inversa, si imagináramos a diez personas, cada una de ellas seleccionando el número dos e intentándolo de nuevo.

No todas esas personas han de elegir el mismo número. Supongamos que un buen número de ellas escogen fichas y sacan muy diversos números, pero de promedio bastante alto. Si lo intentan de nuevo, es muy probable que el promedio sea menor, y no mayor. Cuantas más personas haya, tanto más probable es que el promedio sea menor.

Lo mismo sucede si muchas personas escogen fichas y se encuentran con un promedio de valor muy bajo. Lo más probable es que la segunda oportunidad del promedio se eleve. Cuantas más personas haya, tanto más probable es que el promedio se eleve.

En cualquier cuerpo lo suficientemente grande para ser experimentado en un laboratorio, el número de átomos o moléculas involucrados no es de diez ni cincuenta, ni tan siquiera de un millón: es de miles de billones. Si estas cifras inconmensurables de partículas de un cuerpo caliente tienen una velocidad media muy alta, y los miles de billones de partículas de un cuerpo frío tienen una velocidad media baja, es enorme la cifra de probabilidades de que las colisiones al azar entre todas ellas reduzcan el promedio de las velocidades de las partículas del cuerpo caliente y aumenten el promedio de las del cuerpo frío.