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La segunda ley de la termodinámica básicamente dice que no se puede obtener algo de la nada. Como no hay energía libre, por ejemplo, no es posible crear una máquina de movimiento perpetuo, aunque ya se han hecho algunos intentos curiosos.
Otro aspecto de la misma ley es el hecho de que la energía siempre trata de equilibrarse. Si tienes una olla con agua caliente y le viertes agua fría, terminarás con un líquido caliente. Si desea enfriar o calentar esta agua, necesitará una fuente de alimentación externa.
James Maxwell y su ejercicio mental
Todo iba perfecto, hasta que el escocés James Maxwell ideó un ejercicio que habría desconcertado a muchas personas en 1867: imagina que tienes un recipiente con agua tibia. Esta agua tiene moléculas que se mueven a diferentes velocidades, las «más calientes» se mueven rápidamente, mientras que las «frías» se mueven lentamente. A pesar de esto, la temperatura promedio del agua es cálida.
Más tarde, Maxwell sugirió dividir este recipiente en dos mitades, dejando solo una puerta diminuta, del tamaño de una molécula de agua, abierta entre ellas. Construye la puerta de manera que las moléculas rápidas sean atraídas hacia ella y se acumulen en una mitad del contenedor, y cada vez que una molécula lenta se acerque a la puerta, acabe saliendo por el otro lado.
De esta manera, después de un tiempo, esta puerta habría clasificado las moléculas en rápidas y lentas, es decir, el agua caliente se habría convertido en agua caliente y fría, sin utilizar ninguna fuente de energía adicional. Aparentemente se viola la segunda ley de la termodinámica.
Rompiendo la Segunda Ley en la Práctica
La idea de Maxwell es interesante, pero es solo un ejercicio mental. Pero en 2010, los científicos demostraron que era posible mover una pieza de plástico con el movimiento aleatorio de las moléculas de aire, con una puerta similar a la propuesta por Maxwell en su ejercicio.
La pieza de plástico se coloca al principio de una pequeña escalera, luego, de repente, comienza a ser empujada hacia arriba. Cada vez que hace esto, una puerta eléctrica se cierra justo debajo de él. La energía utilizada en este puerto está aislada del resto del sistema para garantizar que no interfiera con el experimento. Con el tiempo, el plástico llega a la parte superior de las escaleras sin que se le aplique ninguna energía exterior.
Transforma la información en energía
Después de muchos estudios de estos casos, los físicos han llegado a la conclusión de que estos experimentos dependen de mucha información muy precisa sobre el sistema en el que se llevan a cabo. En el ejercicio mental de Maxwell, necesitas conocer la velocidad a la que se mueven las moléculas, y en el experimento práctico de 2010, siempre debes observar la posición de la pieza de plástico.
Todas estas medidas dependen de la energía, que a su vez trata de equilibrar la energía “gratuita” que está fuera del sistema. En otras palabras, lo que sucede es la transformación de la información en energía: la información sobre la posición de la pieza de plástico termina convirtiéndose en energía que la empuja hacia arriba. En otras palabras, la segunda ley de la termodinámica permanece intacta después de todo.
Las peculiaridades del mundo cuántico.
Ahora, científicos de la Universidad de Kyoto y la Universidad de Tokio, ambas en Japón, han descubierto que la mecánica cuántica trae complicaciones adicionales a estos experimentos y que esta vez la segunda ley de la termodinámica parece estar violada.
(Fuente de imagen: crianza/airXiv)
Para ello, añaden al ejercicio de Maxwell un concepto conocido como entrelazamiento cuántico. Cuando dos partículas están entrelazadas cuánticamente, se comportan como si fueran una, incluso si forman un universo separado. Así, es posible medir sólo uno de ellos y obtener información sobre el otro. Y, como vimos anteriormente, la información en este contexto es energía.
Por tanto, en el caso anterior, sería posible utilizar energía para medir la mitad de las moléculas y obtener información sobre cada una de ellas. En otras palabras, sería posible dividir el contenedor entre moléculas «calientes» y «frías» usando solo la mitad de la energía requerida en el modelo clásico.
Por ahora, todo esto no es más que un cálculo matemático lleno de símbolos griegos en un artículo científico (PDF en inglés). Pero el gran logro de los autores fue descubrir que la segunda ley de la termodinámica también depende de los efectos cuánticos, y ahora el equipo está trabajando en una forma de extenderla para que también se aborde esta revelación.
Según el sitio web Revisión de tecnologíaesta investigación tendrá implicaciones importantes para todo tipo de fenómenos, desde agujeros negros y astrobiología hasta nanomáquinas y química cuántica.
La fuente: Revisión de tecnología