No pocas veces hemos explicado aquí que la Entropía mide la cantidad de Orden de un Sistema, y, si el desorden aumenta, también lo hace la Entropía. Es un Principio hace tiempo conocido: El Universo tiende al desorden ya que necesita menos energía para su mantenimiento. Nosotros y todos los organismos vivos, por el contrario, necesitamos energía para el mantenimiento. La energía nos asegura la supervivencia y hace posible la reproducción que garantiza la perpetuidad de la especie. Todos los seres vivos que conocemos están inmersos en la dinámica de un intercambio  constante con el medio al que se tiene que adaptar, cuando se producen cambios drásticos, las consecuencias son fatales para la vida.

Por tanto, vemos que la entropía del sistema está aumentando, ΔS > 0, a pesar de que no hay ningún tipo de intercambio con el exterior…

Sabemos que en el mundo real el desorden crece en todo sistema cerrado (las cosas se desgastan, los jóvenes envejecen, lo que se rompe nunca vuelve a recomponerse), a medida que pasa el Tiempo es inevitable que la Entropía aumente y que defina una dirección del tiempo, es la flecha que parte del pasado más ordenado y ráuda corre hacia un desordenado futuro. Dado que este futuro parecía inevitable y universal, los especialistas en termodinámica de la era victoriana preveían un destino último del universo en el que toda la energía útil se habría convertido en calor y todo sería una mezcla templada de materia a temperatura uniforme, una situación desoladora que llamaban la “muerte térmica” del Universo.

Delia Steninberg, una gran pensadora, nos dice:

 

“El Universo es un gran Ser vivo -Microbios. que surge de la Deidad Absoluta. Toma cuerpo cada vez que se manifiesta, y lo pierde cada vez que se resume en su Principio Esencial.

 

Lo cierto es que, el tenebroso pronóstico que hacían los victorianos de la muerte térmica del Universo, ahora sabemos que no será posible, ha quedado descartado. El hecho irrebatible de que el Universo se expande, como se descubrió en 1920, altera en todos los contextos tal predicción, y la constatación de que la Gravedad tiene de hecho energía negativa (como se descubrió en 1940) descarta en esencia ese tipo de muerte térmica que imaginaron los victorianos. Llegados a este punto y hablando de Entropía, no podemos dejar fuera del trabajo a un personaje que tiene mucho que decir de todo esto.

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Conseguir una imagen de una molécula mientras está sufriendo una reacción ha sido considerado uno de los santos griales de la química. Pero ahora científicos de la Universidad de California en Berkeley (EE UU) y de la Universidad del País Vasco (UPV/EHU) han logrado, por primera vez, fotografiar con gran precisión una molécula antes e inmediatamente después de una reacción orgánica compleja.

          Moléculas, átomos y conexiones para formar pensamientos

Imaginemos una mente inteligente que, en todo momento, pudiera tener conocimiento de todas las fuerzas que controlan la Naturaleza y también, de las condiciones en que se encuentran en cada momento todas las unidades de que consta ésta.

Si esta mente tuviera una inteligencia suficiente para analizar todos estos datos, podría abarcar en una sola fórmula los movimientos de los cuerpos de mayor tamaño del universo y los de los átomos más ligeros; para ella nada sería incierto; el futuro y el pasado estarían ambos presentes ante sus ojos.

                  Esto sería Inteligencia Artificial

El equivalente moderno de esta mente sería un superordenador que conociera todas las posiciones y las velocidades de todas las partículas del universo, y pudiera utilizar las leyes de Newton y las que describen las fuerzas de la naturaleza (como la gravedad y el electromagnetismo), no solo para predecir la trayectoria futura de cada partícula, sino para averiguar toda la historia de su procedencia –porque en las leyes de Newton no hay nada que nos revele la dirección del tiempo y funcionan de la misma manera si éste transcurre en sentido contrario, como podemos ver fácilmente si nos imaginamos el proceso inverso del choque entre dos bolas de billar, o si invertimos el movimiento orbital de todos los planetas del Sistema Solar-.

Las tres leyes de Newton son:

• Primera ley o ley de la inercia.
• Segunda ley o ley fundamental de la dinámica.
• Tercera ley o principio de acción y reacción.

Estas leyes que relacionan la fuerza, la velocidad y el movimiento de los cuerpos son la base de la mecánica clásica y la física. Fueron postuladas por el físico y matemático inglés Isaac Newton, en 1687.

No hay una flecha del tiempo en las leyes de Newton y, según Laplace y muchos otros, estas leyes parecen describir un mundo completamente determinista en el cual el pasado y el futuro están fijados de una manera rígida y no hay lugar para el libre albedrío.

Lo que ninguno de estos científicos parece haber observado es que el argumento fundamental se desploma si, en cualquier momento y lugar del universo, se produce una colisión simultánea entre tres partículas –aunque la valoración de si esto sería suficiente para restablecer el libre albedrío es una cuestión cuya discusión prefiero dejar a la filosofía.

   El tiempo y la entropía destructora que siempre aumenta en un sistema cerrado. Considerado como sistema cerrado el Universo aumenta su entropía sin que nada lo pueda evitar..

En la física del movimiento y sus causas -Dinámica- las leyes de la naturaleza funcionan tanto si el tiempo transcurre “hacia adelante” como también si lo hiciera “hacia atrás”, es decir que son simétricas y reversibles en el tiempo. Si filmamos un choque entre dos partículas, o la órbita de un planeta entorno a su sol, y pasamos la película al revés, notaremos que las trayectorias están invertidas, lo cual es totalmente coherente para la física: no hay nada que nos indique que el tiempo está trascurriendo en sentido contrario. Si las leyes de la naturaleza no distinguen entre el pasado y el futuro, entonces ¿por qué notamos que el tiempo fluye en un sentido y no en otro? ¿De dónde sale esa asimetría del tiempo? ¿Por qué recordamos el pasado pero no el futuro?

Este mismo problema relativo al tiempo se planteó a partir de uno de los mayores triunfos de la física del siglo XIX: la investigación de la naturaleza de la luz y de otras formas de radiación electromagnética, que tuvo su momento culminante en la obra del escocés James Clerk Maxwell (1831-1879). La explicación dada por Maxwell sobre la radiación electromagnética se basa en la obra de Michael Faraday, que vivió entre 1791 y 1867, y propuso la definición de los “campos” eléctrico y magnético que surgen en torno a los objetos que poseen una carga eléctrica.

Fue Faraday el primero en sugerir que la luz podría estar producida por algún tipo de vibración de las líneas de fuerza asociadas con imágenes y partículas “cargadas”, que vibrarían como lo hacen las cuerdas de un violín al ser pulsadas. El problema estaba en que, Faraday, carecía de los conocimientos matemáticos necesarios para desarrollar la idea de maneta tal que se desarrollara un modelo perfectamente configurado. Así, en la década de 1860, llegó Maxwell para rematar el trabajo de Faraday con sus maravillosas ecuaciones vectoriales para demostrar que todos los fenómenos eléctricos y magnéticos conocidos en aquella época, incluido el comportamiento de la luz, podía ser descrito mediante un conjunto de sólo cuatro ecuaciones, que actualmente se denominan ecuaciones de Maxwell.

                  Clerk Maxwell

Newton y Maxwell, dieron al mundo el conjunto de herramientas matemáticas necesarias para controlar todo lo que la física conocía a mediados del siglo XIX. Por otra parte, lo más maravilloso de las ecuaciones de Maxwell era que, sin que se hubiera pedido, proporcionaban una descripción de la luz –las ecuaciones se crearon para describir otros fenómenos electromagnéticos, pero incluían en sí misma una solución que describía las ondas electromagnéticas que se desplazaban por el espacio a cierta velocidad- Esta velocidad es exactamente la de la luz (que ya había quedado bien determinada en la década de 1860 y pronto podría medirse con una precisión aún mayor), no dejando lugar a dudas de que la luz se desplaza como una onda electromagnética.

Las ecuaciones de Maxwell tienen dos características curiosas: una de ellas pronto tendría un profundo impacto en la física, y la otra fue considerada hasta tiempos muy recientes sólo como una rareza de menor importancia. La primera característica innovadora de estas ecuaciones es que dan la velocidad de la luz como un valor constante, independientemente de cómo se mueva su fuente con respecto a la persona o al aparato que mida su velocidad (Einstein lo supo ver con claridad cuando lo incorporó a su teoría de la relatividad especial).

La Flecha del Tiempo en el Universo…siempre hacia el futuro. Es el inexorable transcurrir del Tiempo lo que todo lo cambia marchando en la única dirección. El Presente se hace Pasado, corre hacia el futuro pero… ¡Nunca lo alcanzará!

Claro que, como todo, también las ecuaciones de Maxwell tenían sus limitaciones, especialmente en la descripción de fenómenos que se producen a escalas muy pequeñas, tales como el comportamiento de los átomos y de las partículas que los componen. En este caso, es preciso modificar tanto la descripción clásica de las descripciones electromagnéticas (Maxwell), como la descripción clásica de las interacciones entre partículas (Newton), fenómenos en los cuales se cumplen las reglas de la física cuántica. Así, las ecuaciones de Maxwell, como las de Newton, tampoco contienen la flecha del tiempo.

Lo que fue durante mucho tiempo la explicación habitual la razón por la que vemos una dirección predominante del tiempo surgió a partir de otro gran triunfo de la física del siglo XIX: la descripción de la relación entre calor y movimiento (termodinámica). Esto tuvo una importancia práctica fundamental en el mundo industrial cuando se utilizaba la fuerza de las máquinas de vapor.

“El principio cero de la termodinámica es una ley fenomenológica para sistemas que se encuentran en equilibrio térmico. En palabras simples, el principio dice que si se pone un objeto con cierta temperatura en contacto con otro a una temperatura distinta, ambos intercambian calor hasta que sus temperaturas se igualan.”

Lo cierto es que, la importancia de la termodinámica reside en que permite a los físicos explicar el comportamiento de gran número de objetos –en especial, partículas de gas- que, en cierto sentido, funcionan juntos en un sistema complejo. Esto incluye el uso de promedios y estadísticas, pero se basa en gran medida en la idea de que un gas está constituido por una cantidad innumerable de partículas diminutas (átomos y moléculas) que no cesan de rebotar y chocar entre sí y con las paredes del recipiente que las contiene, cumpliendo las leyes del movimiento de Newton. Esta teoría cinética de los gases fue un ejemplo importante del modo en que las leyes universales de la física ponían orden en el caos.

La palabra “gas” fue acuñada por el físico flamenco Joannes van Helmont a partir de la palabra griega que significa “caos”; este término apareció impreso por primera vez en el libro de van Helmont titulado Ortus medicinae, publicado cuatro años después del fallecimiento de Joannes, en 1648. La idea de que los gases eran como un caos se consideró acertada durante trescientos años, hasta que Maxwell desde Gran Bretaña, y su contemporáneo Ludwig Boltzmann, desde Viena, consolidaron la teoría cinética (que hasta entonces había sido sólo una especulación), dándole una firme base científica fundamentada en las leyes de Newton.

Lo que actualmente se conoce como segundo principio de la termodinámica se puede expresar de muchas formas diferentes, pero su primer enunciado se debe al físico británico William Thomson (quien fuera posteriormente lord Kelvin) en 1852. La cuestión principal sobre la que Thomson llamó la atención era la idea de la disipación –que, aunque el modo en que funciona el mundo natural se puede describir como un gran motor que convierte el calor en trabajo (o en movimiento, que viene a ser lo mismo), debe haber siempre algo de calor que se disipa durante el proceso, aunque realmente no se pierde, sino que se propaga por todo el universo, haciendo que la temperatura global suba una pizca, una cantidad imperceptible-Esto va más allá del principio, o ley, de la conservación de la energía (el primer principio de la termodinámica), porque en este caso, aunque la cantidad total de energía del mundo (expresión con la que los victorianos se referían a lo que actualmente llamaríamos el universo) se mantiene siempre igual, la cantidad de energía útil siempre está disminuyendo. Esto implica que los físicos necesitaban un método para cuantificar la cantidad de energía útil existente en un sistema cerrado, o en el mundo (el universo en toda su amplitud), de tal manera que pudiera tenerla en cuenta y manejarla en sus ecuaciones. Esto indujo a Rudolf Clausius a proponer el concepto de entropía, lo cual hizo en Alemania a mediados de la década de 1860.

La entropía incide en los seres vivos a medida que transcurre el Tiempo

La entropía mide la cantidad de orden que hay en un sistema y, si el desorden aumenta, también lo hace la entropía. Sabiendo que en el mundo real el desorden crece en todo sistema cerrado (las cosas se desgastan) a medida que pasa el tiempo, el inevitable aumento de la entropía define una dirección del tiempo, una flecha que parte del pasado ordenado y apunta hacia el futuro desordenado. Dado que este proceso parecía inevitable y universal, los especialistas en termodinámica de la era victoriana preveían un destino último del universo en el que toda la energía útil se habría convertido en calor y todo sería una mezcla templada de materia a temperatura uniforme, una situación desoladora que llamaban la “muerte térmica” del universo.

     Esta es nuestra manera de crear entropía negativa

Las galaxias crean entropía negativa a través de las Nebulosas creando estrellas y mundos

La vida, por supuesto, parece desafiar este proceso creando orden y estructuras a partir de materiales desordenados (o, en todo caso, menos desordenados). No parece más que, el Universo, actúa como si tuviera una consciencia y, hubiera creado la vida para que, a través de ella, pudiera evitar ese final. Una planta, por ejemplo, construye su estructura, y puede fabricar flores de gran belleza, a partir del dióxido de carbono, agua y unos pocos restos de otros productos químicos. Pero sólo puede hacerlo con la ayuda de la luz solar, es decir, con energía procedente de una fuente externa. La Tierra, y en particular la vida que se desarrolla en ella, no es un sistema cerrado. Es posible demostrar, utilizando las ecuaciones desarrolladas por Thomson, Clausius y sus contemporáneos, que, en cualquier lugar del Universo donde aparece un foco de orden, esto se hace a costa de que se produzca más desorden en otro lugar.

Una explosión Supernova de una estrella masiva nunca podrá volver a su estado original. La estrella como sistema cerrado, llegó al Caos total con el paso del Tiempo y explotó para transformarse en una cosa distinta de la que fue.

A escala macroscópica, según unas leyes deducidas a partir de experimentos y observación siguiendo procedimientos científicos aprobados, ensayados y comprobados, el universo actúa de un modo irreversible. Nunca se puede hacer que las cosas vuelvan a ser como solían, todo lo que surge, aunque nos parezca igual, no lo es. Todo lo nuevo que surge a partir de lo que había, está más evolucionado y, de alguna manera, es diferente. Pero precisamente en nuestro sencillo y clásico ejemplo de irreversibilidad termodinámica, la entropía y la flecha del tiempo podemos observar con claridad la dicotomía aparente entre el mundo macroscópico y el mundo microscópico. A nivel de los átomos y las moléculas que componen el gas (en realidad un nivel sub-microscópico, pero nadie lo tiene en cuenta), toda colisión es, según las leyes de Newton, perfectamente reversible y, en ese modelo del movimiento inverso no habría nada que estuviera prohibido por las leyes de Newton. Obedeciendo ciegamente esas leyes, los átomos y las moléculas recorrerían su camino inverso para volver a quedarse en su posición original, con independencia del número de sucesos e interacciones que pudieran haber sufrido durante el proceso. Sin embargo, en el mundo real, nunca vemos que los sistemas actúen de esa manera. Las civilizaciones pasan y llegan otras nuevas, aquellas que se fueron, nunca volverán. De la misma manera, cuando una estrella, al final de su vida, explota como supernova y deja sembrado el espacio interestelar de una hermosa Nebulosa de la que, mucho más tarde, surgirán nuevas estrellas, éstas, serán de otra generación, más complejas y, aunque seguirán siendo estrellas, estarán clasificadas como diferentes, más complejas y evolucionadas que aquellas en las que tienen su origen.

                     La belleza del caos en todo su esplendor!

Me proponía al comenzar este trabajo a exponer muchas más cosas pero, como siempre pasa, el espacio y el tiempo no dan para tanto en este lugar y, dejo pendiente explicar cómo surge el Caos a partir del Orden y el Orden a partir del Caos, cómo podemos llegar al borde del Caos y qué transiciones de fase tienen que producirse para que, la normalidad y la simetría vuelva a reinar a partir de ese desorden que, en un principio, podría parecer irreversible.

De todo lo que aquí hemos hablado, se puede tomar razón y llegar a tener una razonada conciencia en el estudio de una galaxia espiral que, con sus millones de estrellas brillantes en los brazos espirales y sus estrellas rojas y más viejas en el centro galáctico, nos hablan claramente de la flecha del tiempo y de la entropía al considerar, la galaxia, como el sistema cerrado que, poco a poco, va tornándose más y más compleja en la composición de la materia que la conforma que, de manera irreversible va sufriendo transformaciones de todo tipo que, finalmente, la llevará a un estado crítico que hasta se podría transformar en un inmenso agujero negro como resultado final del proceso.

Lo cierto es que llegamos, como aquel que dice, antes de ayer, y, nos creemos los dueños del Universo, cuando en realidad,, somo menos que un grano de arena en la inmensa playa, o, de una gota de Agua del inmenso Océano… Pero, así somos: Engreidos y fatuos, ególatras y poco humildes. Claro que, la realidad nos hará cambiar.

Mucho es lo que nos queda por saber, lo que sabemos, reconociendo que no es poco para el exiguo tiempo que llevamos aquí (en la medida del reloj del universo), es aún insuficiente para lo que la Humanidad necesita saber. Nuestra ignorancia es grande, muy grande…, casi infinita, si la contraponemos con todo aquellos que nos queda por descubrir de los secretos de la Naturaleza. Nunca podremos acabar ese aprendizaje que se pierde en la lejanía de la flecha del tiempo en ese infinito que llamamos futuro.

Emilio Silvera V.

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Han sido muchas las puertas que han sido abiertas para descubrir detrás de cada una, un misterio tal como el comienzo y formación del universo, el descubrimiento de la existencia de las cuatro fuerzas fundamentales, de las constantes universales.

Las fuerzas fundamentales son aquellas fuerzas del Universo que no se pueden explicar en función de otras más básicas. Las fuerzas o interacciones fundamentales conocidas hasta ahora son cuatro: gravitatoria, electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil.

De entre las constantes universales, siete se han asociado clásicamente a los valores medibles en ciencia. Estas eran la longitud, el tiempo, la temperatura, la intensidad de corriente, la intensidad luminosa, el peso y la masa.

“Existen muchas constantes físicas; algunas de las más conocidas son la constante reducida de Planck (ℏ), la constante de gravitación (), la velocidad de la luz (), la permitividad en el vacío (), la permeabilidad magnética en el vacío () y la carga elemental (). Todas estas, por ser tan fundamentales, son llamadas constantes universales.”

                 En nuestro Universo todo es dinámico y se mueve

                                                                             Explicación básica del átomo

El núcleo del átomo está formado por dos tipos de partículas, los protones, que tienen carga eléctrica positiva, y los neutrones, que no tienen carga eléctrica. En un átomo neutro, que es su estado habitual, el número de electrones es igual al de protones, y como tienen carga eléctrica negativa se compensan.

Pero las cosas no son tan sencillas. Tanto el protón como el neutrón (que son hadrones de la rama de los bariones), en el núcleo se denominan nucleones, y, están conformados por tripletes de Quarks dentro de ellos confinados por la fuerza nuclear fuerte que es intermediada por Bosones que se llaman Gluones, El núcleo posee el 99,99% de la masa del átomo.

 

El movimiento de las galaxias por la expansión del universo, el descubrimiento del núcleo en el átomo que forma la materia de la que están hechas todas las cosas, de los quarks, hadrones, y leptones, las matemáticas, la física, la química, la astronomía, y también la filosofía, todo ello formando una ingente y descomunal obra que parece imposible que se llevara a cabo por unos insignificantes seres, habitantes de un insignificante planeta, que dependen para vivir de la luz y el calor de una estrella corriente a la que llamamos Sol (una estrella mediana, amarilla, de la clase G2V),  que forma parte de un conjunto de cien mil millones que conforman la Galaxia Vía Láctea que, a su vez, es una más de los más de cien mil millones que pueblan el universo.

 

Si nos comparamos, no ya con el universo entero, sino simplemente con la inmensidad de nuestra Galaxia (100.000 años luz de diámetro), somos menos que una brizna de polvo. Si nos comparamos con el universo entero… no somos nada. Y, sin embargo, nosotros tenemos la sensación, a pesar de todo, de SER, y, no precisamente nada insignificante pero…

Sí, necesitamos pensar, es preciso llegar más allá de los pensamientos actuales, buscar nuevos caminos

Todos los seres inteligentes poseen esa máquina que llamamos cerebro y que es la construcción más compleja del Universo

Sin embargo, en este punto debemos recapacitar un poco, reconocer con humildad la importancia que realmente tenemos en el universo y seguidamente, reconocer también los enormes logros conseguidos desde que, hace escasamente unos doscientos mil años, un animal se levantó para andar erguido y comenzar a pensar en otras formas de vivir, ideando rústicas herramientas para la caza, haciendo fuego y construyendo refugios.

El lenguaje mediante sonidos guturales vino a cambiarlo todo. Allí empezó el entendimiento inteligente de seres que de animales irracionales, evolucionaron hasta llegar a pensar por sí mismos, tener conciencia de SER y preguntarse de dónde venía y hacía dónde caminaba. Miraban hacia el cielo estrellado y se hacían preguntas sobre aquellos puntitos brillantes del cielo. Ese fue, sin dudarlo, el comienzo de la Astronomía.

Ya quedó escrito en alguna parte anterior de esta libreta, el pensamiento del filósofo científico Karl Popper que decía:

”Nuestros conocimientos son limitados, pero nuestra ignorancia es infinita…”.

Con un simple clicar, llegan las respuestas esperadas

Sin embargo, aunque es verdad que existen millones de preguntas que no sabemos contestar, también lo es que nuestros conocimientos crecen de manera exponencial. Acordaos de aquel que habiendo sido requerido para hacer un gran favor, pidió como pago que, en un tablero de ajedrez,

Ponemos una semilla en el primer cuadro y vamos doblando en el siguiente cada vez…. ¿Hasta donde llegaría?

¿Cuánto trigo es?

Para hacernos una idea de la cantidad de trigo de la que estamos hablando podemos estimar que en un kilogramo de trigo hay unos 20 000 granos. Lo cual nos permite realizar los siguientes cálculos:

En toneladas métricas son:

La producción mundial de trigo de la cosecha del año 2017,¹​ según la FAO, fue de:

Por lo tanto, tomando este valor como cosecha anual media, se deberían poner sobre el tablero las cosechas mundiales de:

Por lo tanto serían necesarias las cosechas mundiales de 1195 años para sumar esa cantidad de trigo.

Siempre contamos este episodio de esta manera: Si se pudiera un gramo de trigo en el primero, dos en el segundo, cuatro en el tercero, ocho en el cuatro… Así hasta el final en el que, se pondrían los gramos correspondientes en el último cuadrado del tablero y, resulta, que nunca se le pudo pagar, no había trigo suficiente para ello, toda vez que, el incremento exponencial de ir doblando cada vez la cantidad anterior, lo hizo imposible. De la misma manera, sin que nos demos cuenta, cada poco tiempo, también nosotros doblamos nuestros conocimientos. La pregunta sería: ¿Hasta donde llegaremos?

Nadie puede negar que en los últimos doscientos años hayamos avanzado más que en los 10.000 años anteriores. Claro está que nos hemos aprovechado de las experiencias e inventos de los que nos precedieron. Aprendimos de los errores (no siempre) y mejoramos sus descubrimientos que fueron puntos de apoyo que hicieron más fácil el trabajo. Igualmente, los que nos seguirán se encontrarán con buenos puntos de partida para seguir avanzando. Sobre todo, en física y astronomía, en esos ámbitos de lo pequeño y lo grande, tendrán la ventaja de contar con la mecánica cuántica y la relatividad, ya que, lo de la teoría de cuerdas y otros que se vislumbran como ciertas… van para largo y, como han dido algunos, son teorías del futuro que se adelantaron a su tiempo, de hecho, no estamos preparados ni para comprobarlas de manera experimental. Pero los nuevos conocimientos van llegando… sin pausa.

De esta manera, cada vez se avanza más en menos tiempo. El mundo cambia a nuestro alrededor y como somos parte del cambio, no lo percibimos en toda su extensión y grandeza pero, sin que nos demos cuenta, estamos entrando en otro mundo, en una nueva Sociedad, una manera nueva de vivir.

Hemos podido saber que en un principio, hace varios miles de millones de años (4.000), las condiciones de la Tierra, la composición enrarecida de su atmósfera, la formación de los océanos y la composición primigenia de sus aguas con abundantes chimeneas marinas de volcanes submarinos que arrojaban hidrocarburos y gases de metano, así como la proliferación de enormes tormentas y caída de rayos, todo ello acompañado de que por aquel entonces la capa de ozono que ahora nos protege de la radiación cósmica no existía, lo cual provocaba la intensa lluvia de partículas ultravioletas y rayos gamma que de manera continuada bombardeaban las aguas superficiales del planeta, además del territorio formado por la tierra seca.

Todo ello dio lugar a que existieran unas condiciones especiales que finalmente se tradujeron en la formación de la primera célula viva capaz de reproducirse por sí misma, a partir de la materia “inerte”. ¡Un verdadero milagro!, que evolucionó y a lo largo del tiempo nos trajo a nosotros, seres engreídos que se dan más importancia de lo que en realidad tienen. Siempre expreso estas comparaciones en relación al universo, ya que si nos ceñimos al ámbito planetario terrestre, la humanidad tiene una importancia de 1ª magnitud.

La India lidera los 10 países que más plástico tiran al mar. Y, a pesar de todos los ejemplos que vemos en las imágenes, la Humanidad entera no es suficiente para causar al planeta el mal que pregonan los del “Cambio Climático”. Cambios en la Tierra siempre los hubo y los seguirá habiendo pero, son cambios naturales, es como el planeta se recicla. Otra cosa es las contaminaciones locales que deberíamos vigilar.

En realidad, si no ocurre ninguna desgracia planetaria, o es el mismo ser humano el que pone los medios para su auto-eliminación (guerras, intentar crear especies artificiales, inventos químicos que causan pandemias…) será muy difícil parar su infinita ambición por saber cosas nuevas, su insaciable curiosidad lo empuja un paso más cada vez. Los problemas agudizan el ingenio y como ha venido sucediendo, el trabajo que unos empiezan es seguido por los que vienen detrás y, en ese sentido, se podría decir que somos una especie inmortal; unos trabajaron para ceder su fruto a otros que a su vez repiten el ciclo indefinidamente. Una especie con tales características es difícil de vencer y tiene pocos problemas que no pueda resolver… a la larga, con mucho tiempo por delante.

Esta especie, la nuestra, es un auténtico privilegio en el inmenso universo que nos ha situado en la galaxia Vía Láctea que, junto con su vecina Andrómeda es una de las treinta galaxias que aproximadamente componen un pequeño conjunto conocido como el Grupo Local. La situación del planeta Tierra no es nada privilegiada, está situado al borde de uno de los brazos espirales a 30.000 años luz del centro galáctico, exactamente en la periferia. Precisamente esta situación es la que hace posible que la vida surgiera en nuestro planeta que, de haber estado en el centro galáctico, seguramente, habría sido diferente.

Los problemas a los que antes me refería, no sé si todos ellos, pero los que tengan solución será de la mano de las matemáticas y de la física, las ramas de la ciencia que son la base de todas los demás. Las Ciencia es un gran árbol en el que, el tronco es la física, las ramas son la Química, la Biología, y otras disciplinas. Pero, ¿Y las matemáticas? Bueno, las matemáticas son las raíces, sin ellas la ciencia, no podría existir.

De lo que no puede haber duda alguna es sobre el destino final del universo, de una u otra forma quedará destruido. Lo mismo será si estamos en un universo abierto que se expansionará eternamente, como si estamos en un universo cerrado que se contraerá sobre sí mismo. En el primero reinará el frío del cero absoluto, todo quedara congelado y muerto. En el segundo será el fuego el que en una enorme bola de feroz temperatura lo arrasará todo.  Tanto en uno como en toro caso, el resultado será el mismo: ausencia de vida.

La entropía no deja de hacer su trabajo en el sistema cerrado que es el universo que irremediablemente verá crecer el desorden y disminuir la energía; es la ley de la naturaleza, y contra dicha fuerza nada podemos hacer, es imparable y lo mismo que no podemos parar el tiempo, tampoco podemos parar los acontecimientos naturales que el paso del mismo conlleva. Las cosas se deterioran, nosotros envejecemos y los terrenos fértiles se erosionan y desertizan. Ricos ecosistemas, con el paso del tiempo, se convierten en parajes yermos donde la vida desaparece. Regiones que ocuparon grandes océanos quedaran secas y otras, serán inundadas por las aguas. Es el mundo cambiante y dinámico que tenemos en el que nada permanece por los siglos o milenios.

El universo tiene 13.500.000.000 años, un tiempo considerable si lo comparamos con los míseros ochenta años que podemos vivir nosotros. Sin embargo, nunca pensamos en ello, no comparamos la brevedad de nuestras vidas con tal inmensidad. Para todos nosotros, esa insignificante fracción de tiempo es en realidad enorme. Durante ese tiempo transcurren todas nuestras vidas y año tras año se suceden los acontecimientos que, ya de mayores, pasan por nuestros recuerdos: nuestra niñez, aquellas salidas al campo con los padres, los amigos de la infancia, el colegio, los deportes, el estudio o el trabajo temprano, la novia, la boda, los hijos, verlos crecer, la lucha de llevarlos adelante y… sin que nos demos cuenta, estamos situados a las puertas del irás y no volverás.

                  Todo transcurre… demasiado pronto y, casi no nos deja tiempo para… ¡hacer tantas cosas!

De esa manera, en una fracción del tiempo del universo, para nuestro ámbito particular han pasado muchísimas cosas; hemos vivido muchísimas experiencias, hemos aprendido, hemos tenido efímeros momentos de felicidad y también momentos de dolor, nos hemos sacrificado por conseguir cosas para nuestros hijos, cuando parece que todo está logrado y hemos alcanzado la meta…. nos tenemos que marchar.

Algunos pensadores nos dicen que el tiempo no existe, que es una abstracción de la mente,  y que sólo se trata de una ilusión de nuestros sentidos, el pasado, el presente y el futuro es sólo una ilusión de una misma cosa que nosotros llamamos tiempo. Sin embargo, en nuestro fuero interno, lo podemos catalogar como un gran tesoro, algo que necesitamos y del que nadie quiere salir. Todos queremos continuar dentro del ámbito del Tiempo, allí donde ocurren todas las cosas y, ser testigos de lo que pasa y también, de lo que vendrá.

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                          Moléculas, átomos y conexiones para formar pensamientos

A veces, al ver la presencia de vida en el Universo, uno está tentado de pensar que existe una Conciencia Cósmica

Imaginemos una mente inteligente que, en todo momento, pudiera tener conocimiento de todas las fuerzas que controlan la Naturaleza y también, de las condiciones en que se encuentran en cada momento todas las unidades de que consta ésta. Si esta mente tuviera una inteligencia suficiente para analizar todos estos datos, podría abarcar en una sola fórmula los movimientos de los cuerpos de mayor tamaño del universo y los de los átomos más ligeros; para ella nada sería incierto; el futuro y el pasado estarían ambos presentes ante sus ojos.

El equivalente moderno de esta mente sería un superordenador que conociera todas las posiciones y las velocidades de todas las partículas del universo, y pudiera utilizar las leyes de Newton y las que describen las fuerzas de la naturaleza (como la gravedad y el electromagnetismo), no solo para predecir la trayectoria futura de cada partícula, sino para averiguar toda la historia de su procedencia –porque en las leyes de Newton no hay nada que nos revele la dirección del tiempo y funcionan de la misma manera si éste transcurre en sentido contrario, como podemos ver fácilmente si nos imaginamos el proceso inverso del choque entre dos bolas de billar, o si invertimos el movimiento orbital de todos los planetas del Sistema Solar-.

Los científico0s dicen que los misterios de ,la Flecha del Tiempo está aquí. Solo hay que saber buscar

No hay una flecha del tiempo en las leyes de Newton y, según Laplace y muchos otros, estas leyes parecen describir un mundo completamente determinista en el cual el pasado y el futuro están fijados de una manera rígida y no hay lugar para el libre albedrío.

Lo que ninguno de estos científicos parece haber observado es que el argumento fundamental se desploma si, en cualquier momento y lugar del universo, se produce una colisión simultánea entre tres partículas –aunque la valoración de si esto sería suficiente para restablecer el libre albedrío es una cuestión cuya discusión prefiero dejar a la filosofía.

                    El tiempo y la entropía destructora

“…Con el paso de los Eones, hasta la misma muerte tendrá que morir”

En la física del movimiento y sus causas -Dinámica- las leyes de la naturaleza funcionan tanto si el tiempo transcurre “hacia adelante” como también si lo hiciera “hacia atrás”, es decir que son simétricas y reversibles en el tiempo. Si filmamos un choque entre dos partículas, o la órbita de un planeta entorno a su sol, y pasamos la película al revés, notaremos que las trayectorias están invertidas, lo cual es totalmente coherente para la física: no hay nada que nos indique que el tiempo está trascurriendo en sentido contrario. Si las leyes de la naturaleza no distinguen entre el pasado y el futuro, entonces ¿por qué notamos que el tiempo fluye en un sentido y no en otro? ¿De dónde sale esa asimetría del tiempo? ¿Por qué recordamos el pasado pero no el futuro?

• El físico expresó de la forma más bella los principios sobre la electricidad y el magnetismo
• “Los cuerpos del mismo signo se repelen y los cuerpos de signo diferente se atraen”.

Este mismo problema relativo al tiempo se planteó a partir de uno de los mayores triunfos de la física del siglo XIX: la investigación de la naturaleza de la luz y de otras formas de radiación electromagnética, que tuvo su momento culminante en la obra del escocés James Clerk Maxwell (1831-1879). La explicación dada por Maxwell sobre la radiación electromagnética se basa en la obra de Michael Faraday, que vivió entre 1791 y 1867, y propuso la definición de los “campos” eléctrico y magnético que surgen en torno a los objetos que poseen una carga eléctrica.

Faraday y su teoría electromagnética que no supo explicar en ecuaciones y lo hizo Maxwell

Fue Faraday el primero en sugerir que la luz podría estar producida por algún tipo de vibración de las líneas de fuerza asociadas con imágenes y partículas “cargadas”, que vibrarían como lo hacen las cuerdas de un violín al ser pulsadas. El problema estaba en que, Faraday, carecía de los conocimientos matemáticos necesarios para desarrollar la idea de maneta tal que se desarrollara un modelo perfectamente configurado. Así, en la década de 1860, llegó Maxwell para rematar el trabajo de Faraday con sus maravillosas ecuaciones vectoriales para demostrar que todos los fenómenos eléctricos y magnéticos conocidos en aquella época, incluido el comportamiento de la luz, podía ser descrito mediante un conjunto de sólo cuatro ecuaciones, que actualmente se denominan ecuaciones de Maxwell.

                                                                          Faraday fue el experimentador

Newton y Maxwell, dieron al mundo el conjunto de herramientas matemáticas necesarias para controlar todo lo que la física conocía a mediados del siglo XIX. Por otra parte, lo más maravilloso de las ecuaciones de Maxwell era que, sin que se hubiera pedido, proporcionaban una descripción de la luz –las ecuaciones se crearon para describir otros fenómenos electromagnéticos, pero incluían en sí misma una solución que describía las ondas electromagnéticas que se desplazaban por el espacio a cierta velocidad- Esta velocidad es exactamente la de la luz (que ya había quedado bien determinada en la década de 1860 y pronto podría medirse con una precisión aún mayor), no dejando lugar a dudas de que la luz se desplaza como una onda electromagnética.

Las ecuaciones de Maxwell tienen dos características curiosas: una de ellas pronto tendría un profundo impacto en la física, y la otra fue considerada hasta tiempos muy recientes sólo como una rareza de menor importancia. La primera característica innovadora de estas ecuaciones es que dan la velocidad de la luz como un valor constante, independientemente de cómo se mueva su fuente con respecto a la persona o al aparato que mida su velocidad (Einstein lo supo ver con claridad cuando lo incorporó a su teoría de la relatividad especial).

       La Flecha del Tiempo en el Universo…siempre hacia el futuro

Claro que, como todo, también las ecuaciones de Maxwell tenían sus limitaciones, especialmente en la descripción de fenómenos que se producen a escalas muy pequeñas, tales como el comportamiento de los átomos y de las partículas que los componen. En este caso, es preciso modificar tanto la descripción clásica de las descripciones electromagnéticas (Maxwell), como la descripción clásica de las interacciones entre partículas (Newton), fenómenos en los cuales se cumplen las reglas de la física cuántica. Así, las ecuaciones de Maxwell, como las de Newton, tampoco contienen la flecha del tiempo.

Lo que fue durante mucho tiempo la explicación habitual la razón por la que vemos una dirección predominante del tiempo surgió a partir de otro gran triunfo de la física del siglo XIX: la descripción de la relación entre calor y movimiento (termodinámica). Esto tuvo una importancia práctica fundamental en el mundo industrial cuando se utilizaba la fuerza de las máquinas de vapor.

Lo cierto es que, la importancia de la termodinámica reside en que permite a los físicos explicar el comportamiento de gran número de objetos –en especial, partículas de gas- que, en cierto sentido, funcionan juntos en un sistema complejo. Esto incluye el uso de promedios y estadísticas, pero se basa en gran medida en la idea de que un gas está constituido por una cantidad innumerable de partículas diminutas (átomos y moléculas) que no cesan de rebotar y chocar entre sí y con las paredes del recipiente que las contiene, cumpliendo las leyes del movimiento de Newton. Esta teoría cinética de los gases fue un ejemplo importante del modo en que las leyes universales de la física ponían orden en el caos.

La palabra “gas” fue acuñada por el físico flamenco Joannes van Helmont a partir de la palabra griega que significa “caos”; este término apareció impreso por primera vez en el libro de van Helmont titulado Ortus medicinae, publicado cuatro años después del fallecimiento de Joannes, en 1648. La idea de que los gases eran como un caos se consideró acertada durante trescientos años, hasta que Maxwell desde Gran Bretaña, y su contemporáneo Ludwig Boltzmann, desde Viena, consolidaron la teoría cinética (que hasta entonces había sido sólo una especulación), dándole una firme base científica fundamentada en las leyes de Newton.

Segundo Principio de la Termodinámica

La segunda ley de la termodinámica es un principio general que impone restricciones a la dirección de la transferencia de calor, y a la eficiencia posible en los motores térmicos. De este modo, va más allá de las limitaciones impuestas por la primera ley de la termodinámica. Sus implicaciones se pueden visualizar en términos de la analogía con la cascada

Física Estadística y Termodinámica

Enunciados de Clausius y Kelvin-Planck

Equivalencia entre los enunciado de Clausius y de Kelvin-Planck

Límite en el rendimiento de un motor real

Concepto de entropía

Variaciones de entropía en procesos irreversibles

Lo que actualmente se conoce como segundo principio de la termodinámica se puede expresar de muchas formas diferentes, pero su primer enunciado se debe al físico británico William Thomson (quien fuera posteriormente lord Kelvin) en 1852. La cuestión principal sobre la que Thomson llamó la atención era la idea de la disipación –que, aunque el modo en que funciona el mundo natural se puede describir como un gran motor que convierte el calor en trabajo (o en movimiento, que viene a ser lo mismo), debe haber siempre algo de calor que se disipa durante el proceso, aunque realmente no se pierde, sino que se propaga por todo el universo, haciendo que la temperatura global suba una pizca, una cantidad imperceptible-Esto va más allá del principio, o ley, de la conservación de la energía (el primer principio de la termodinámica), porque en este caso, aunque la cantidad total de energía del mundo (expresión con la que los victorianos se referían a lo que actualmente llamaríamos el universo) se mantiene siempre igual, la cantidad de energía útil siempre está disminuyendo. Esto implica que los físicos necesitaban un método para cuantificar la cantidad de energía útil existente en un sistema cerrado, o en el mundo (el universo en toda su amplitud), de tal manera que pudiera tenerla en cuenta y manejarla en sus ecuaciones. Esto indujo a Rudolf Clausius a proponer el concepto de entropía, lo cual hizo en Alemania a mediados de la década de 1860.

La entropía mide la cantidad de orden que hay en un sistema y, si el desorden aumenta, también lo hace la entropía. Sabiendo que en el mundo real el desorden crece en todo sistema cerrado (las cosas se desgastan) a medida que pasa el tiempo, el inevitable aumento de la entropía define una dirección del tiempo, una flecha que parte del pasado ordenado y apunta hacia el futuro desordenado. Dado que este proceso parecía inevitable y universal, los especialistas en termodinámica de la era victoriana preveían un destino último del universo en el que toda la energía útil se habría convertido en calor y todo sería una mezcla templada de materia a temperatura uniforme, una situación desoladora que llamaban la “muerte térmica” del universo.

La vida, como sistema cerrado, está ineludiblemente sometida a la Entropía con el paso del Tiempo

La vida, por supuesto, parece desafiar este proceso creando orden y estructuras a partir de materiales desordenados (o, en todo caso, menos desordenados). No parece más que, el Universo, actúa como si tuviera una consciencia y, hubiera creado la vida para que, a través de ella, pudiera evitar ese final. Una planta, por ejemplo, construye su estructura, y puede fabricar flores de gran belleza, a partir del dióxido de carbono, agua y unos pocos restos de otros productos químicos. Pero sólo puede hacerlo con la ayuda de la luz solar, es decir, con energía procedente de una fuente externa. La Tierra, y en particular la vida que se desarrolla en ella, no es un sistema cerrado. Es posible demostrar, utilizando las ecuaciones desarrolladas por Thomson, Clausius y sus contemporáneos, que, en cualquier lugar del Universo donde aparece un foco de orden, esto se hace a costa de que se produzca más desorden en otro lugar.

A escala macroscópica, según unas leyes deducidas a partir de experimentos y observación siguiendo procedimientos científicos aprobados, ensayados y comprobados, el universo actúa de un modo irreversible. Nunca se puede hacer que las cosas vuelvan a ser como solían, todo lo que surge, aunque nos parezca igual, no lo es. Todo lo nuevo que surge a partir de lo que había, está más evolucionado y, de alguna manera, es diferente. Pero precisamente en nuestro sencillo y clásico ejemplo de irreversibilidad termodinámica, la entropía y la flecha del tiempo podemos observar con claridad la dicotomía aparente entre el mundo macroscópico y el mundo microscópico. A nivel de los átomos y las moléculas que componen el gas (en realidad un nivel sub-microscópico, pero nadie lo tiene en cuenta), toda colisión es, según las leyes de Newton, perfectamente reversible y, en ese modelo del movimiento inverso no habría nada que estuviera prohibido por las leyes de Newton. Obedeciendo ciegamente esas leyes, los átomos y las moléculas recorrerían su camino inverso para volver a quedarse en su posición original, con independencia del número de sucesos e interacciones que pudieran haber sufrido durante el proceso. Sin embargo, en el mundo real, nunca vemos que los sistemas actúen de esa manera. Las civilizaciones pasan y llegan otras nuevas, aquellas que se fueron, nunca volverán. De la misma manera, cuando una estrella, al final de su vida, explota como supernova y deja sembrado el espacio interestelar de una hermosa Nebulosa de la que, mucho más tarde, surgirán nuevas estrellas, éstas, serán de otra generación, más complejas y, aunque seguirán siendo estrellas, estarán clasificadas como diferentes, más complejas y evolucionadas que aquellas en las que tienen su origen.

                                                         El Caos fue siempre un tema matemático

Me proponía al comenzar este trabajo a exponer muchas más cosas pero, como siempre pasa, el espacio y el tiempo no dan para tanto en este lugar y, dejo pendiente explicar cómo surge el Caos a partir del Orden y el Orden a partir del Caos, cómo podemos llegar al borde del Caos y qué transiciones de fase tienen que producirse para que, la normalidad y la simetría vuelva a reinar a partir de ese desorden que, en un principio, podría parecer irreversible.

De todo lo que aquí hemos hablado, se puede tomar razón y llegar a tener una razonada conciencia en el estudio de una galaxia espiral que, con sus millones de estrellas brillantes en los brazos espirales y sus estrellas rojas y más viejas en el centro galáctico, nos hablan claramente de la flecha del tiempo y de la entropía al considerar, la galaxia, como el sistema cerrado que, poco a poco, va tornándose más y más compleja en la composición de la materia que la conforma que, de manera irreversible va sufriendo transformaciones de todo tipo que, finalmente, la llevará a un estado crítico que hasta se podría transformar en un inmenso agujero negro como resultado final del proceso.

Mucho es lo que nos queda por saber, lo que sabemos, reconociendo que no es poco para el exiguo tiempo que llevamos aquí (en la medida del reloj del universo), es aún insuficiente para lo que la Humanidad necesita saber. Nuestra ignorancia es grande, muy grande…, casi infinita, si la contraponemos con todo aquellos que nos queda por descubrir de los secretos de la Naturaleza. Nunca podremos acabar ese aprendizaje que se pierde en la lejanía de la flecha del tiempo en ese infinito que llamamos futuro.

emilio silvera

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Muchas veces he dejado aquí una reseña de lo que se entiende por entropía y así sabemos que la energía sólo puede ser convertida en trabajo cuando    dentro del sistema concreto que se esté utilizando, la concentración de energía no es uniforme. La energía tiende entonces a fluir desde el punto de mayor concentración al de menor concentración, hasta establecer la uniformidad. La obtención de trabajo a partir de energía consiste precisamente en aprovechar este flujo.

En reralidad, la Entropía, no nos debe resultar tan extraña como esa imagen de arriba. Es algo que está presente en toda nuestra vida cotidiana. Sus efectos los podemos ver y también sentir en nosotros mismos. Nada permanece igual, todo cambia y se transforma: Es la Entropía destructora que hace estragos en connivencia con el tiempo.

El que nos reproduzcamos hace posible la Entropía negativa. La Naturaleza se empeña en que el paso del Tiempo nos haga viejos y, nosotros, luchamos para que lo joven emerja a la vida. La garantía de la supervivencia de la especie.

Está claro que la madre ha sufrido más intensamente los efectos de la entropía que la graciosa niña que ahora está comenzando su andadura por la vida. ¡El Tiempo! Ese inexorable transcurrir de la fatídica flecha que nos lleva, desde el mismo instante  del nacimiento, hasta el inevitable final: Es la Entropía destructora, ese mecanismo del que se vale nuestro Universo para renovarlo todo, incluso la vida que, de otra manera, no podría evolucionar.

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