Es curiosa la historia del principio de Carnot. Enunciado por éste en 1824, en su obra "la potencia motriz del fuego", que pasó inadvertida, su gran descubrimiento ha sido ignorado en Francia, durante casi tres cuartos de siglo. Gracias a los trabajos de lord Kervin y el alemán Causares, el principio de Carnot salió del olvido en que yacía, ha sido colocado entre los más grandes descubrimientos, y se empezó a valorar su alcance.
Carnot demostró cómo en toda máquina abandonada a sí misma, hay algo que varía siempre y necesariamente en el mismo sentido; algo irreversible que se llama "entropía". Mis lectores me perdonen de no expresar aquí este concepto prodigiosamente abstracto. Se puede eludir la dificultad y resumir así el descubrimiento de Carnot: en un sistema aislado, es decir, que no reciba ni ceda energía, no se hacen, en total, indiferentemente en los dos sentidos. Se debe a que, si bien el movimiento puede ser transformado completamente en calor, éste no puede jamás ser enteramente transformado en trabajo; queda siempre una parte que se disipa en el interior de los cuerpos.
El rendimiento de toda máquina técnica es necesariamente inferior a la unidad.
Por ejemplo: si a un proyectil en movimiento se le recibe en una cuba de agua, cede íntegramente, bajo forma de calor, la energía mecánica que recibiera. En cambio, sólo se puede sacar de una fuente de calor una cantidad bastante débil de trabajo mecánico; así las máquinas pueden dar en trabajo mecánico apenas un 15% de la energía calorífica consumida. El resto no desaparece, pero se utiliza; pasa al condensador y a la atmósfera con el vapor y el humo de la máquina. Hay según la expresión de Bernardo Bumbes, energía malgastada, de modo que nos vemos obligados a distinguir entre la energía libre de un sistema, la energía utilizable. El genio de Carnot está en haber descubierto que el rendimiento débil de las máquinas térmicas no se debe a su imperfección técnica; que se le podía disminuir, pero nunca anular, siendo condición propia de su funcionamiento. El primer principio de la termodinámica enuncia que la energía total de un sistema cualquiera, es constante; el segundo principio indica que la fuerza utilizada disminuye; no hay en esto contradicción alguna.
En consecuencia, puesto que todo el movimiento puede transformarse en calor y tan sólo una fracción de éste en movimiento. Un sistema material cualquiera abandonado a sí mismo y el Universo entero, si se le asimila, como es lógico a una máquina térmica, deben tender hacia un estado final, en el cual todo movimiento visible y también toda diferencia de temperatura habrán desaparecido, reemplazados por un calor uniforme y una absoluta inmovilidad.
Sin movimiento, sin diferencia de temperatura no hay vida ni irradiación, pues que los fenómenos resultan de lo heterogéneo, del desequilibrio, y la vida nace de la diferenciación. Un pantano o un lago son seres, mecánicamente hablando, inexistente aun cuando contengan centenares de toneladas de agua; por el contrario, el arroyuelo más insignificante, a causa de la diferencia de nivel que lo hace correr, es un ser viviente, útil. Si caliento todas las partes de una máquina a centenares de grados, no marchará; lo que la hace andar, es una diferencia de temperatura entre sus distintos órganos.
En conclusión, la antítesis que se alza frente a la doctrina establecida sobre la base única del primer principio de la termodinámica: si el principio de Carnot es aplicable a todo el Universo, tiende éste, forzosamente, hacia una especie de "Muerte Térmica" (Warmetod de Clausures), que la equilibrará, para siempre, en una sombría y cadavérica inmovilidad.
Antes de proseguir y examinar las objeciones diversas que han suscitados estas conclusiones de la termodinámica cósmica, se me permitirá observar, a riesgo de sufrir cientos entusiasmos tendenciosos, que la creencia de la eternidad del Universo, ha sido invocada, según las circunstancias, en apoyo de las teorías filosóficas más opuestas. Hoy son los filósofos materialistas, los discípulos del deonismo de Heackel, quienes creen en un recomenzar perpetuo de las cosas, en un mundo incesantemente renovado, que repara por sí mismo las faltas que se descubren; la idea de que el mundo pueda morir, importa la idea de su creación, y esto lo juzgan inadmisible. En el siglo XVIII, en cambio, se afirmaba, siguiendo a Descartes, sólo la mortalidad de la materia y del movimiento contenido en el Universo, puede acordase con la idea de la estabilidad del Creador. De esta manera, idénticos argumentos han servido para ambos contrincantes. No son preocupantes estas querellas pueriles. Resulta un poco ridículo para la humanidad ver servir de proyectil, que se devuelven unos a otros con grandes golpes de raqueta, cada conquista de la ciencia. Es de ella, a guisa de sable de M. Prudhomme, sable protector o amenazante, según el capricho de cada uno.
Entre los astrofísicos que encuentran dificultades en admitir la muerte del Universo, tal como deriva los principios de Carnot, el sabio Anteriores es, sin duda, quien ha admitido las objeciones más originales. Enrique Poincaré las calificado de geniales; en todo caso merecen un estudio amplio.
Conocemos la tendencia natural del calor, a pesar, "por sí mismo", de un cuerpo caliente o cuerpos más fríos, sea por conductibilidad, sea por radiación. En cambio, "jamás" pasa naturalmente, lo que hace se establezca finalmente, un equilibrio de temperatura entre cuerpos de temperatura desigual, colocados en el mismo recito. En lo que expresa el principio de Carnot.
En el universo estelar, el sol y las estrellas (que son soles todos ellos) seden poco a poco, irradiándolo en el espacio, su calor, el cual tiende a calentar las lejanas y frías nebulosas: de modo que finalmente, parece que la nivelación de temperaturas (conexa a la cantidad de materia), debe establecer en el Universo la "Muerte Térmica", anunciada en Clausures. El señor Anteriores es de opinión contraria.
El gran físico inglés Maxwell, ha imaginado un caso, donde, gracias a un artificio conocido hoy en ciencia bajo el nombre de "deuconios de Maxwell", acaecen fenómenos contrarios al principio de Carnot. Se sabe por la teoría de los gases (una de las conquistas más firmes de la física moderna), que una masa gaseosa, está constituida por moléculas que circulan en todo sentido, a grandes velocidades, desiguales, a causa de choques, y que oscilan de una para el otro con velocidades medias: se le puede comparar con un enjambre, cuyas abejas fueran moléculas. Cuando se calienta el gas, la velocidad de sus moléculas aumenta. Si en un recipiente hay un gas con temperatura homogénea y separado en dos por medio de un tabique, con pequeños orificios, cuyo diámetro no les permita ser atravesados sino, por una molécula a la vez; cada abertura, estará unida por una pequeña válvula, detrás de la cual se esconde un ser infinitamente pequeño e inteligente, llamado por Maxwell demonio, por Poncaré aduanero. Las masas gaseosas en ambas mitades del recipiente son removidas y mezcladas de continuo por las moléculas, que pasan de una parte a la otra, por los opérculos. Cada vez uno de los aduaneros vea a una molécula encaminarse a gran velocidad de la mitad izquierda a la mitad derecha, le abrirá el orificio, dejándole pasar; por el contrario le cerrará a la molécula que vaya en la misma dirección a pequeña velocidad, permitirá a las moléculas que a pequeña velocidad se dirijan de derecha a izquierda, impidiéndole a las que vayan a gran velocidad.
Resultará, pues, que todas las moléculas animadas de gran velocidad, se reunirán en uno de los compartimientos, las de pequeña velocidad en el otro, es decir, que pasan calor (y en esto consiste la velocidad de las moléculas) de un compartimiento que se calienta sin cesar al otro que se enfría.
Pasará calor de un cuerpo frío a un cuerpo más caliente; se habrá separado la masa gaseosa primitivamente isotérmica en facciones con temperatura diferentes. Se habrá equivocado el principio de Camodi.
Aun cuando el señor Anhenius no pretende que esta historia maravillosa de los pequeños aduaneros demoníacos se realice en la naturaleza, da razón para pensar que análogo.
En bien de la claridad, se permitirá hacer una ligera digresión a propósito de los gases que constituyen la atmósfera de los planetas. Se sabe que cuando se tira con una arma de fuego, un proyectil, horizontal o verticalmente, tarda tanto más tiempo en caer cuanto mayor fue su velocidad inicial; más aún, existe una velocidad, mediante el cual el proyectil sería lanzado tan lejos en el espacio, que escaparía completamente a la atracción de la pesantez de la tierra, y no volvería a caer sobre ella. Tal sucede con las moléculas que se hayan en las capas externas de las atmósferas astrales; y se puede calcular que, en cuanto una de estas moléculas se mueve con cierta velocidad máxima – de 11 kilómetros por segundo para el globo terrestre – se escapa para siempre de la esfera de atracción del astro y continúa su trayectoria hacia el infinito. La atmósfera pierde, pues, continuamente aquellas moléculas animadas de una velocidad suficiente. Y como la distribución de la velocidad molecular obedece a la ley de los grandes números, hay siempre moléculas a gran velocidad; por tanto, las atmósferas astrales se engrandecen sin cesar. El empobrecimiento será mayor para los astros menos pesados, porque la gravitación de un astro mayor retiene más que la de otro pequeño, las moléculas atmosféricas. Así se explica porque la luna, cuya masa es débil, ha perdido por completo su atmósfera primitiva, que la tierra ha perdido su hidrógeno, gas liviano, y el hetinus (mientras éstos mismos abundan entorno a la enorme masa solar) y ha conservado el oxígeno, gases más pesados.
Este fenómeno desempeña, según Alienses, papel importante en las nebulosas, cuya gravedad sobre todo en las partes extensas, es muy débil, debido a la densidad baja de los gases que la componen (hidrógeno, helinus, netrilinus). Las regiones externas de las nebulosas perderán, por tanto, sus moléculas gaseosas, y se enfriarán sus gases excéntricos. Por idéntica razón el calor enviado por los soles a las nebulosas "no las calienta" (la temperatura de un gas es tanto más alta cuanto mayor velocidad media), en efecto, la irradiación comunica la velocidad a sus moléculas; pero éstas se alejan de las nebulosas para siempre, y acaban por ser absorbidas por un astro, cuya irradiación mantienen.
En su curso penúltimo, dictado en la Soborna, M. Poincaré ha analizado físicamente estas ideas de Anhenius. Les puso algunas dificultades, sin embargo, aunque convencido de la validez general del principio de Carnot, parece haber sido impresionado por ellas; y sus conclusiones son, si bien dejan entrever en cuál sentido se iniciaría, prudentes y dubitativas: "De esta discusión no puede extraerse discusión alguna definitiva; parece que, gracias a este proceso, la muerte técnica del universo será enormemente retardada: pero es de permitir que sólo retardada".
Bajo la faz distinta ha considerado el problema recientemente, el eminente astrónomo alemán, señor Reelige, director del observatorio de Munich.
Por el ejemplo del fenómeno invocado por Anhenius (sin detenernos en los dominios de Maxwell que son tan sólo una imagen audaz), han sido descubiertos: imaginados fenómenos en abierta contradicción con el principio de Carnot, pues que el calor puede pasar de un cuerpo frío a un cuerpo caliente, sin trabajo compensador. Si hay infracciones a este principio, ¿por qué han de estar limitadas en el tiempo y en el espacio, y no han de poder tener, en uno y otro, manifestaciones importantes? Tales objeciones han parecido tan poderosas que determinaron se dé una forma nueva al principio de Carnot y a que ya no se le considere sino como un teorema del cálculo de posibilidades. La expresión actual del principio dice: los fenómenos que se producen habitualmente en la naturaleza, se verifican en sentido tal que importa una pérdida de energía útil.
Este concepto estadístico, deja subsistir, forzosamente, la posibilidad de progresos naturales que no satisfacen el principio de Carnot. La cuestión de saber si este principio es una ley inviolable, que resulta definitivamente, por la negativa, si se le considera como un teorema del cálculo de posibilidades.
Por otra parte, la conclusiones del cálculo de posibilidades son aplicables solamente a fenómenos que deben considerase como fortuitos, es decir, que se producen sin regla alguna, ni orden aparente. ¿Pero, si el principio de Carnot posee un tan grande valor en muchas partes de la física, quien osará sostener que los movimientos observados en el conjunto del Universo sean desordenados y que la evolución de éste se oriente hacia la producción de una irregularidad cada vez mayor? Se podría también, y aun mejor, sostener lo contrario; y entonces la validez del principio de Carnot se debilitará más y más, con el tiempo.
Aun hay más – y esta observación se aplica a las conclusiones cósmicas opuestas que se querían deducir tanto del primero como del segundo principio de la termodinámica: estos principios tan solo son rigurosamente válidos y demostrable para sistemas limitados. Antes de penetrar en el Universo, sería menester estar seguros de que éste no es infinito. Y bien, todo concurre a probar que lo contrario es lo cierto. ¿Cómo se podría hablar entonces, de la energía y de la entropía de un sistema infinito? Estas objeciones carecen ya de sentido: la extrapolación al infinito de los pequeños resultados de los laboratorios, no solamente no se justifica, sino que cesa de tener el menor sentido. ¿Pueden comprenderse estas palabras: "la energía total" o "la energía utilizable del Universo", si éste es infinito?
Sin embargo, semejantes dificultades no han arredrado a los espíritus sistemáticos del uno y del otro bando. Hubieran debido haber titubeado, tanto a los que proclaman con aplauso, la permanencia del mundo, el retorno eterno de las cosas, como a los que aseguran la muerte próxima y necesaria del cosmos. Hay, en todo caso, un hecho curioso, contrario más bien, a estos últimos. Si, como piensan, el Universo, de acuerdo con el principio de Carnot marcha constantemente en el mismo sentido; es decir, si las temperaturas tienden a igualarse y el movimiento a desaparecer, se puede preguntar porqué la muerte térmica del Universo, no se ha establecido ya en los tiempos infinitos que lleva el mundo de existencia.
Se responderá que éste no ha existido siempre, lo cual, es inconcebible con el primer principio de termodinámica, a menos que la energía existente haya aparecido bruscamente en el momento mismo de la creación. Con esto se percibe que el problema está ligado a las premisas más delicadas de la teogonía. Se puede expresar todo este raciocinio bajo otra forma: si el Universo marcha en el sentido indicado por el principio de Carnot, es abocarse a este dilema extraño: o bien, en épocas muy lejanas, han imperado en el mundo diferentes temperaturas y de velocidades extraordinariamente grandes (y el Universo debió ser campo de fenómenos de una intensidad y de una violencia tales, que no se pueden concebir) o bien el mundo no ha estado sometido siempre a las leyes que le rigen actualmente. Es necesaria mucha inteligencia para no querer resolver estas dificultades.
Así se comprende el por qué uno de los defensores más eminentes del principio de Carnot y de su validez universal, lord Kelvin, creyó deber autorizar bajo forma en extremo prudente y modesta, las conclusiones de sus profundos estudios sobre el asunto. Las conclusiones a que pueden subscribirse todos los espíritus positivos, pueden resumirse así: hay actualmente en el mundo sensible, la tendencia general a una disipación de la energía mecánica; y puede considerarse esta tendencia como constante en el tiempo; a menos que no tenga lugar o hayan de tenerlo, fenómenos que son imposibles bajo el imperio de las leyes a los cuales están sometidos los fenómenos conocidos, que"prolongar la agonía del enfermo"
El descubrimiento de la radio actividad ha probado, sobre todo, si algo más prueba, que gracias a cantidades inmensas de energía, antes insospechadas, almacenadas en los átomos, el universo posee una facultad de trabajo, una vitalidad enorme, de la cual era imposible darse cuenta anteriormente. Como decía recientemente el físico alemán, señor Nemst, el Universo tendrá sin duda, y a pesar de la radioactividad, un crepúsculo de dioses.
No obstante, se puede columbrar, según el mismo Nemst y otros sabios eminentes, una tabla de salvación, admitiendo de un proceso antagonista de la radiación radioeléctrica. En efecto; todo tiende a probar que los átomos químicos, que son los gránulos elementales del Universo, no son, quizá, otra cosa que modalidades particulares de la sustancia, por nosotros, llamada éter luminoso, sustancia hipotética, cuya existencia es, sin embargo, la más grande de las certezas humanas, ya que en este medio comparable a un gas sutil al extremo, se realicen a veces, como en los propios gases, según la teoría cinética, hasta los más probables ordenamientos; así se constituirían de cuando en cuando, y quizá dentro de las especiales condiciones temperatura y presión que existen en el centro de los astros, átomos radioactivos.
En realidad, como lo observa Nemts, hasta que este acontecimiento se produzca rara vez, dada la actuación extremadamente larga de casi todos los elementos químicos y de escasez extrema de la materia en el mundo, que según recientes estudios astronómicos, representan el volumen de una cabeza de alfiler contenida en una esfera de éter de 200 kilómetros de diámetro.
Si las cosas fueran así, el período atómico sobre la cual habla en algún lado Renan, y en el cual se habrían constituido las moléculas "que bien podrían ser, como todas las cosas, fruto del tiempo, resultado de un fenómeno prolongadísimo, aglutinación prolongada durante millones de siglos, el período atómico sería actual".
No afirmemos nada y esperemos.
Existe en todo caso otra cuestión más emocionante, ligada a las discusiones antes expuestas: la de la contingencia, en el tiempo y el espacio, de las leyes del universo; que se tratarán algún día.
Por ahora, como remate de este breve estudio, nos limitamos a hacer esta comprobación melancólica: que no sabemos más que hace un siglo respecto a la perpetuidad del Universo. Y sin embargo, se ha hecho un progreso, al extraer de las ciencias razones para ser modestos, preservarnos de todo dogmatismo; hemos oído exhortaciones nuevas a la sabiduría y al temor necesario de extrapolaciones demasiado vastas.
El interés casi apasionado con que muchos sabios se dedican en este momento al estudio de cuanto se refiere al porvenir del mundo, es muy significativo. En la vida de las sociedades como en las de los individuos, hay horas de malestar moral en las cuales la desesperación y el cansancio extienden sobre los espíritus sus alas de plomo. Los hombres entonces se ponen a soñar con la nada. El fin de toda cosa de ser "indeseable"; y pensando en él se experimenta algo así como un apaciguamiento. La controversia reciente de los sabios sobre la muerte del Universo será quizá el reflejo de algunas de estas horas grises.
Charles Normand. "La Prensa", 28 de diciembre de 19l3.
Autor:
Pedro Sandrea
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