Nanoclusters: ¿El fin de la entropía?

Dos investigadores de la Universidad de Kyoto, que se encontraban experimentando con choques entre grupos de átomos llamados nanoclusters, informaron que (al menos en algunos casos) la segunda ley de la termodinámica parece haber sido violada. De comprobarse sus resultados, habría que revisar buena parte de nuestra física.

La llamada “segunda ley de la termodinámica” (o segundo principio de la termodinámica) nos asegura, si resumimos un poco, que “la cantidad de entropía de cualquier sistema aislado termodinámicamente tiende a incrementarse con el tiempo”. Esta bonita frase significa, ni más ni menos, que cuando una de las partes de un sistema cerrado interacciona con otra de sus partes, la energía total tiende a dividirse en partes iguales, hasta que el sistema alcanza un equilibrio térmico. Esto quiere decir que, tarde o temprano, cualquier sistema cerrado alcanzará una temperatura uniforme.

De hecho, puede considerarse como “sistema cerrado” al Universo entero y asegurar que, si se trata de un universo que no “rebotará” hacia un Big Crunch, dentro de eones su temperatura será absolutamente uniforme. Las estrellas se habrán apagado, y todo tendrá la misma temperatura. Lejos de ser una curiosidad, este punto marca el fin de cualquier tipo de inteligencia, ya que cualquier máquina termodinámica (seres vivos, motores de cualquier clase, robots y ordenadores incluidos) necesita –directa o indirectamente- de una diferencia de temperatura para funcionar. Dado que ningún trabajo útil puede extraerse de un sistema aislado que se encuentre en equilibrio térmico, y que -al menos hasta donde sabemos- no puede aportarse energía desde el exterior del universo, la segunda ley de la termodinámica nos matará a todos. Salvo que dos científicos de la Universidad de Kyoto tengan razón.

Hisao Hayakawa es un investigador perteneciente a la Universidad de Kyoto, en Japón. Su nombre ha aparecido publicado en las últimas horas en casi todos los sitios relacionados con la física, junto al de Hiroto Kuninaka, de la Universidad Chuo (Tokio), debido a unos extraños resultados que han obtenido al analizar el choque de grupos de átomos. Como parte de su trabajo, los científicos utilizaron un programa de ordenador para simular el impacto de nanoclusters formados por algunos centenares de átomos individuales y ver qué ocurría con sus velocidades luego del “momento cero” en que chocaban unos con otros. Concretamente, su modelo simulaba colisiones de nanoclusters que se movían a velocidades de choque de entre 3 y 5 metros por segundo.

Tal como esperaban –y como ocurre en el mundo macroscópico- la mayoría de los choques tuvieron el comportamiento esperado y el sistema perdió energía. Pero en algunos de los ensayos surgieron datos que los dejaron atónitos: los nanoclusters mostraban una aceleración posterior al choque que violaba flagrantemente la segunda ley de la termodinámica. Los resultados anómalos mostraban un “super rebote”, en el que cada una de las partes resultaba “premiada” con una cantidad de energía mayor a la que tenía antes del impacto. Lo normal, tal como reza el segundo principio, es que la energía total del sistema en el momento posterior al impacto sea igual o menor al existente antes, pero nunca debería ser mayor. Si tiras una pelota de tenis a una determinada velocidad contra una pared, ésta rebota. Luego del choque su velocidad es menor que la de antes de darle al muro, porque ha perdido energía (o dicho de otra forma, ha aumentado su entropía). En el caso de los nanoclusters anómalos, la velocidad post choque era mayor que la inicial.

En principio, el trabajo de Hayakawa y Kuninaka permitiría, entre otras cosas lindas, la fabricación de una máquina de movimiento perpetuo. Como era de suponer, la comunidad científica entera se alborotó considerablemente cuando los resultados fueron publicados en la edición de marzo de la revista científica Physical Review.

Sin embargo, hay un punto que no se puede dejar pasar por alto. Los resultados fueron obtenidos mediante simulaciones y no utilizando átomos reales. Por muy bueno que sea el algoritmo y el software utilizado por los científicos japoneses, no deja de ser una simulación. Incluso asumiendo que no exista ningún bug –lo que sería un duro golpe para la reputación de Hayakawa y Kuninaka- no podemos estar seguros que, al hacer chocar átomos de verdad, estos resultados se verifiquen. En varias oportunidades se han hecho anuncios de resultados que aparentemente no encajan con las leyes físicas actuales –afirmaciones de que puede superarse la velocidad de la luz, por ejemplo- que al ser analizadas con más detalle contienen algún error. En este caso, bastará con esperar a que algún equipo de investigadores se ponga a hacer colisionar nanoclusters de verdad y ver si se comportan como predice el modelo de los japoneses. Mientras tanto, la termodinámica sigue funcionando como siempre.