06/ago/02
Los sistemas microscópicos podrían violar la segunda ley de la termodinámica. Así lo demuestran experimentos realizados en Australia.
Empujando la segunda ley de la termodinámica al límite (Physical Review Letters) Investigadores australianos han demostrado experimentalmente que los sistemas microscópicos (nanomáquinas) pueden llegar a ser espontáneamente más ordenados por períodos cortos de tiempo, cosa que sería equivalente a violar la segunda ley de la termodinámica si hubiese sucedido en un sistema más grande. No se preocupe, la naturaleza aún rigurosamente cumple la venerable segunda ley en sistemas macroscópicos, pero los ingenieros desearán tener en cuenta las limitaciones a la segunda ley al diseñar las nanomáquinas. El nuevo experimento potencialmente tiene ramificaciones importantes para la comprensión de los mecanismos de la vida en la escala de microbios y células. Hay muchas maneras de resumir la segunda ley de la termodinámica. Una de las más sencillas dice que es simplemente imposible extraer la energía térmica de algún depósito y utilizarla para realizar trabajo. De no ser así, las máquinas podían funcionar con la energía de un vaso de agua, por ejemplo, extrayendo calor y congelando el agua a su paso. Si esto fuese posible, los refrigeradores y los congeladores podrían producir electricidad en vez de consumirla. La segunda ley se refiere típicamente a sistemas de muchos trillones de partículas, tales como las moléculas en una barra del hierro, una taza del té o un globo del helio, y funciona bien porque esencialmente es una declaración estadística sobre el comportamiento colectivo de incontables partículas que nunca esperaríamos individualizar. En sistemas de solamente algunas partículas las, circunstancias que pueden presentarse podrían ser altamente improbables en sistemas grandes. Por lo tanto, la segunda ley de la termodinámica no se aplica generalmente a los sistemas de pocas partículas. El experimento realizado en la Universidad Nacional Australiana en Canberra y la Universidad de Griffith, en Brisbane, observa aspectos de la termodinámica en la nebulosa zona entre los sistemas muy pequeños y los muy grandes. Los investigadores utilizaron pinzas ópticas para asir una partícula coloidal del orden del micrón y la desplazaron a través de agua. Midiendo el movimiento de la partícula y calculando las minúsculas fuerzas que la afectaron, los investigadores pudieron demostrar que fue golpeada varias veces por las moléculas de agua de manera tal que la energía era transferida del agua a la partícula. En efecto, la energía térmica era extraída del recipiente y utilizada para hacer el trabajo (ayudando a mover la partícula) en aparente violación de la segunda ley. Con la partícula moviéndose en cortas distancias era casi tan probable extraer energía del agua como agregarla. Pero cuando el período de movimiento superó los dos segundos consecutivos, la segunda ley asumió el control nuevamente y ninguna energía útil pudo extraerse del movimiento de las moléculas de agua, eliminando la posibilidad de microscópicas máquinas de movimiento perpetuo que funcionaran para más que unos pocos segundos. Sin embargo, muchos físicos se sorprenderán al saber que la segunda ley no es enteramente válida para sistemas del tamaño considerado en el experimento de la partícula en el agua, y por períodos del orden de segundos. Después de todo, incluso un micrón cúbico de agua contiene cerca de treinta mil millones moléculas. Aunque todavía no es posible realizar trabajo útil congelando agua, el experimento sugiere que las nanomáquinas pueden estar relacionadas con fenómenos mucho más extraños de lo que la mayoría de los ingenieros pensaban. Tales minúsculos dispositivos pueden incluso terminar funcionando, por los breves períodos, impulsando el flujo de energía en un sentido no intuitivo. La investigación también puede ser importante para los biólogos ya que muchas de las células y microbios que estudian se encuentran en sistemas comparables de tamaño al del experimento de la partícula en agua.
---- Traducción: Diego Escarlón. Muchas gracias Diego por sugerir el tema y aportar la traducción. ----
Notas relacionadas: Artículo en Nature (23/7/02): "Second law broken"
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