Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

El triunfo del desorden

Albert Eintein, quizá el científico más eminente del siglo XX afirmaba que una teoría es tanto más grandiosa cuando mayor es la simplicidad de sus premisas, más diferentes los tipos de cosas que relaciona y más extenso es su rango de aplicabilidad, añadiendo que, por ello, la Termodinámica clásica le había impresionado profundamente y estaba convencido de que era la única teoría física de contenido universal que, dentro del marco de aplicación de sus conceptos básicos, nunca sería derrotada.

El presente año, 2003, es una buena fecha para recordar que año se cumple unl siglo y medio desde que Alexander Bonner Latta inventó una práctica máquina basada en un hervidor compuesto de dos cámaras cuadradas, la interior la de combustión y la exterior conteniendo agua y vapor. Con esta máquina se aprovechaba la transformación de calor en trabajo, en una época en la que se iniciaba la Termodinámica, se comenzaba a aclarar la naturaleza del calor y a conocer las grandes leyes que gobiernan las conversiones energéticas. El posterior desarrollo de la Revolución industrial y sus consecuencias ha tenido lugar en los últimos 150 años, que solo representan un corto instante en la historia de la humanidad, pero suficiente para lograr cambiar el modo de vivir de los seres humanos.

CLAUSIUS. Por ello, hoy recordaremos algunos de los fundamentos discutidos y aclarados por los notables científicos de aquella época, que trataban de resolver tres de los problemas más candentes en relación con la energía. Los podemos describir en forma de preguntas: 1.¿Qué es el calor y qué relación tiene con la energía?; 2. ¿Se puede crear o destruir la energía?.; 3. ¿Qué cambios energéticos acompañan a los procesos que se realizan espontáneamente?.

La vida y obra de Rudolf Julius Emanuel Clausius puede servirnos como hilo conductor para llegar a las respuestas adecuadas. Había nacido en Koslin, antigua Prusia, en 1822. A los 25 años leyó su doctorado en la Universidad de la Haya, tratando de resolver, entre otras cuestiones, la razón del color azul del cielo. Sin embargo, pronto se dedicó a investigar la naturaleza del calor y sus resultados fueron tan notables que le hicieron adquirir un gran prestigio y progresar rápidamente en su carrera científica y académica. Muy respetado, su fama se extendió por toda Europa a lo que se sumó su carácter afable, presto a reconocer los méritos de otros científicos.

A los 28 años Clausius, tras otras aportaciones de Mayer y Joule, escribió un largo artículo en el que se aclaraba, finalmente, que calor y trabajo eran variantes de un mismo fenómeno que, luego, se llamó energía, a propuesta del físico William Thomson. La generosidad de Clausius reconocía el papel precursor, aunque casi olvidado del ingeniero francés Sidi Carnot (1796-1832). Por entonces muchos creían que calor y temperatura eran sinónimos, pero el joven Carnot (26 años), estudiando las máquinas de vapor, estableció el principio que lleva su nombre, aclarando que el trabajo realizado no solo dependía de la temperatura de la caldera sino de la diferencia entre las temperaturas respectivas de la caldera y del radiador. Pero, poco después, una epidemia de cólera acabó con su vida y las autoridades sanitarias obligaron a quemar todas sus pertenencias, incluyendo sus escritos. Por ello, a pesar de su valor, la difusión de sus hallazgos fue escasa, por lo que el gesto de Clausius fue de una gran generosidad y trascendencia.

PRIMER PRINCIPIO. Una forma popular de enunciar el primer principio de la Termodinámica, la ley más básica de la naturaleza, es la de que "la energía ni se crea ni se destruye, tan solo se transforma". La paternidad se suele atribuir, datada en 1847, al afamado físico alemán von Helmholtz. Sin embargo, años antes ya había sido anunciada, sin ningún tipo de repercusión científica, por el médico Julius Robert Mayer. Nacido en Baviera, en 1814, sus estudios en el seminario y en la Facultad de Medicina, le hicieron concebir una teoría integradora de la creación del Universo. Para Mayer el Universo se originó a partir de una indescriptible fuerza (aún no se había acuñado la expresión energía) inicial, la Causa (Ursache, en alemán). Esa fuerza se habría dividido en otras fuerzas más pequeñas, cada una de las cuales, aún en la actualidad, guía ciertos aspectos de nuestro mundo: eléctrica, térmica, química, acústica, etcétera. Por ejemplo, la fuerza térmica y luminosa del sol la transforman las plantas en química (nutrientes) que los seres vivos, como los humanos, la convertimos en otras formas de energía asociadas a nuestras diferentes funciones.

La conclusión, para Mayer, fue la de que en el Universo la cantidad total de fuerza era constante. Aparte de la similitud de su teoría con la muy posterior del Big Bang, la de Mayer era una verdadera formulación del Primer Principio de la Termodinámica. Combatido y despreciado por teólogos y científicos Mayer fue olvidado, se sumió en una profunda crisis nerviosa, fue internado un cierto tiempo en un manicomio e intentó suicidarse. Nuevamente fue Clausius quien, en 1950, reconoció sus méritos, al elaborar la ley de la conservación de la energía, en la que afirmaba que la variación de energía del Universo es nula, es decir, que la energía no puede crearse ni destruirse, solo transformarse de un tipo en otro.

De un modo casi coincidente, en 1847, von Helmholtz había publicado su obra sobre la conservación de la fuerza, indicando que la suma combinada de todas las fuerzas del Universo permanece constante. A Mayer lo ignoró totalmente.

DESORDEN. Carnot, en la máquinas de vapor, ya había observado que parte de la energía se perdía en calor que no podía transformarse en trabajo útil. Pero, nuevamente, fue Clausius quien dio con las claves correctas, observando que en cualquier transformación de una forma de energía en otra el rendimiento nunca es total sino que parte se pierde en forma de calor, por lo que, en el Universo la cantidad de energía útil paulatinamente disminuye y aumenta la forma degradada de energía. En un sistema cerrado, cualquier transformación que ocurra hará que el cociente entre el calor contenido por el sistema y su temperatura absoluta nunca disminuya, sino que aumente. A ese cociente Clausius lo denominó entropía (por similitud fonética con energía), por lo que el segundo principio de la Termodinámica se puede expresar así: la consecuencia de cualquier transformación o cambio es que la entropía del Universo siempre aumenta.

Unos años después, en 1877 el físico austríaco Boltzmann demostró matemáticamente que la entropía se podía considerar una medida del desorden. Así pues, al final el desorden, la muerte, siempre vence sobre la vida, el orden.

En palabras más literarias lo expresaba así Somerset Maugham: "De nada sirve llorar sobre la leche derramada cuando todas las fuerzas del Universo se aplicaron en derramarla", o antes, el entonces joven psiquiatra Sigmon Freud: "El objetivo de toda vida es la muerte".