La realidad microscópica es muy diferente a lo que experimentamos, no en el día a día. Si pudiéramos vivir por un tiempo en la escala atómica, veríamos miles y miles de millones de átomos moviéndose por todas partes, una verdadera bagunça, en constante movimiento. Cada átomo llevaría una nube de electrones, estas nubes son como manchas debido al movimiento de dos electrones (similar a lo que sucede cuando mueves la mano de un lado a otro, rápidamente).
En este tiroteo de nubes electrónicas somos nosotros, los intrusos del mundo macroscópico. El lugar donde vemos parece extremadamente tranquilo comparado con el mundo de los dos átomos. ¿Es extraño, verdad? A escala macroscópica, se compone esencialmente de átomos y, sin embargo, sus mundos son tan diferentes… ¿Cómo puede ser tan predecible la física de nuestra vida cotidiana, si se origina en toda esta bagunça atómica?
La física estadística es un intento de explicar lo macro a través de lo micro, de mapear una realidad en otra. Se supone entonces que el mundo macroscópico no es más que un conjunto de propiedades que emergen del mundo atómico (las llamadas propiedades emergentes). Una propiedad emergente es que, mirando los constituyentes fundamentales del sistema, no es posible predecir el surgimiento de esta característica, porque resulta de la interacción compleja de sus constituyentes.
La belleza de la física estadística, aparentemente, no somos capaces de entender fenómenos de una dimensión basados en otras dimensiones, sino que lo hacemos usando pocas variables.
Al recordar nuestro episodio traumático en el mundo atómico, vimos que la posición y la velocidad de dos átomos cambiaban constantemente. Para una posición, para términos con tres dimensiones espaciales, se necesitarían tres varianzas. Já para velocidades necesitaríamos más de tres. Tenemos seis variaciones para cada átomo… ¡más que cambia o cronometra todo!
Resolver todas las ecuaciones de las leyes de Newton para cada átomo debería ser suficiente para responder lo que queremos decir sobre la dinámica del sistema. El único problema es que es una tarea imposible, tanto en mis manos como con las computadoras.
La Física Estadística busca asignar parámetros medios y por lo tanto probabilísticos que representen este sistema. Hay varios ejemplos de esto en la Termodinámica, un campo de la física que (clásicamente) se ocupa de la transferencia de energía térmica (intercambios de calor). Para analizar un gas ideal, por ejemplo, podemos descubrir su física con solo tres magnitudes: presión, volumen y temperatura. Tal descripción es posible gracias a Lei dos Gases Ideais.
Es un gran campo de aplicaciones (algunas son inusuales, digamos de pasada). Teorías de campos cuánticos (se han construido teorías para los muelles o el Gran Colisionador de Hadrones en el CERN, después de probarlas), Propagações de Doenças e Mercados de Ações son algunos ejemplos de campos donde la física estadística se ha derrumbado, aparentemente para probar. Puede aprender más sobre el tema en el siguiente video, donde el profesor de la USP Leonardo Paulo Maia habla sobre su campo:
Para completar el vídeo, podemos decir que la Física Estadística rige el comportamiento de los sistemas biológicos desde la escala molecular hasta las células, las unidades básicas de la vida. Sin embargo, de hecho, no entendemos la vida. Sin embargo, gran parte de la comunidad científica cree que es una propiedad que surge de las complejas interacciones químicas involucradas en la formación celular. Incluso existe una propuesta relativamente reciente que aborda la cuestión del origen de la vida a partir de la entropía, que es una propiedad termodinámica y por tanto muy relacionada con la física estadística.
En segundo Daniel M Zuckerman, investigador en Física Estadística en Biología Molecular y Biocomputación: “Esto no es una afirmación de que entender Física Estadística implica entender Biología Celular. Pero yo afirmo que la Biología Celular no puede entenderse sin la Física Estadística”.
Otra gran rama, además de la Física, en la que encajan la Física Estadística y las Neurociencias. Un ejemplo es el uso de dos métodos de física estadística en un estudio de Redes neuronales. Incluso podemos ver la física estadística na Sociología!
Espero que este texto no te haya impresionado menos con el poder de la belleza en este ámbito que tiende a estar cada vez más presente en los diferentes aspectos del conocimiento humano.
Las referencias:
STOWE, Keith. Una introducción a la termodinámica y la mecánica estadística. 2007. 572 págs.
TOLMAN, Richard C. Los principios de la mecánica estadística. 1938. 680 págs.
MAIA, Leonadro Paulo; DALLAQUA, Caio. Física Estadística – Profesor de la USP explica #1. Caio na Aula, 2016. Disponible en:
BRITO, Josikwylkson Costa. Una nueva teoría física para el origen de la vida. Universo Racionalista, 2014. Traducción disponible en:
ZUCKERMAN, Daniel M. Buenos dias : El interés de este blog. 2015. Disponible en:
CASTELLANO, Claudio; FORTUNA, Santo; LORETTO, Vittorio. Física estadística de la dinámica social. Revisiones de física moderna, 2009. Disponible en:
COWAN, JD; NEUMAN, J.; VAN DRONGELEN, W. Criticidad autoorganizada en una red neuronal interactiva: Revista de mecánica estadística: teoría y experimento, 2013. Disponible en:
MAIA, Leonardo Paulo; DALLAQUA, Caio. Caminata aleatoria: O Andar do Bêbado, Caio na Aula, 2017. Disponible en: