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Información y Entropía: el demonio de Maxwell

Recordamos que estamos utilizando el reciente libro de James Gleick,”La Información”, para comprobar cómo ésta, la Información, aparece en el fundamento de todo nuestro mundo. En el fundamento de la materia inorgánica, de la orgánica y de la gris. El tercer fundamento es el que nos interesa en este blog y vamos tras el hecho de que la consciencia que va a dar lugar a la materia, según las tesis de Penrose y otros científicos actuales con los que coincidimos, debe hacerlo con el paso previo de crear información. Para llegar a esas cuestiones tenemos que dar un pequeño rodeo y encarar el vidrioso tema de la Entropía y de la segunda ley de la termodinámica. Para ello no tenemos más remedio que hacer referencia al denominado “demonio de Maxwell”.

El capítulo 9 del libro de James Gleick que venimos utilizando como referencia en los últimos posts, lleva por título “La entropía y sus demonios”. Ni que decir tiene, con ese título, que va a referirse al mítico “demonio de Maxwell” que tanto juego ha dado en la historia de la física y de la termodinámica, especialmente en relación con los debates y explicaciones sobre la segunda ley de la termodinámica y sobre el concepto de entropía.

Dicho demonio es un ser imaginario extremadamente pequeño que James Clerk Maxwell (1831 – de 1879), el gran físico escocés autor de la teoría del electromagnetismo, creó para que, si existiera, y se situara en un agujero hecho en el centro de una pared separando dos gases, uno más caliente y otro más frío, fuera capaz de distinguir entre las moléculas más calientes y las más frías y dejara pasar al otro lado de la pared sólo a las segundas. Se impediría así el proceso irreversible descubierto al estudiar el calor y su transformación en trabajo a primeros del siglo XIX según el cual el calor siempre fluye de una fuente más caliente a otra más fría y en tal proceso hay siempre una cantidad de calor que se pierde, es decir que no todo el calor de la primera fuente puede transformarse en trabajo útil.

Parte del calor que se pierde aumenta la entropía del sistema, dijeron los primeros estudiosos de este tema, con lo cual la entropía se asoció pronto al aumento del desorden que se producía en dos gases, uno a más temperatura y otro a menos, cuando se mezclaban. Se concluyó asimismo que la entropía, un concepto poco claro, aumentaba siempre en el universo y que éste tiende al desorden total, es decir, al enfriamiento. Con este concepto las leyes de la termodinámica podrían, como dice Gleick, expresarse de una forma muy sintética:

1ª: La energía del universo es constante
2ª: La entropía del universo aumenta siempre

El primero que habló de estos temas y publicó trabajos sobre ellos, o uno de los primeros, fue el ingeniero militar francés Nicolas Léonard Sadi Carnot – 1832). Publicó un pequeño libro en 1824 con el título de “Reflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres a developer cette puissance” en el que estableció los fundamentos de la segunda ley de la termodinámica. Trataba en él todo lo que se conocía entonces sobre las máquinas de vapor y dejó muy claras cosas que se intuían en la época pero que no habían sido formuladas antes de uan manera formal. Dejó escrito, por ejemplo, que el calor siempre pasaba de una fuente a más temperatura a otra a menos, sin que tal proceso pudiera tener lugar a la inversa. Explicó asimismo que la energía se mantiene siempre constante en el universo y que el calor produce trabajo de forma parecida a cómo en la rueda hidráulica el agua que empieza arriba termina abajo en la misma cantidad pero ha dado lugar en el camino a un trabajo útil.

No llegó a formular la segunda ley de la termodinámica pero dejó bien sentados sus fundamentos. Se preguntó por ejemplo, si todo el calor procedente de una fuente calórica podía transformarse en trabajo, e indagó, teóricamente, sobre el motor más eficiente y sobre si las máquinas de vapor que entonces existían podían aumentar su rendimiento con el uso de otros fluidos distintos del agua. Se le considera el “padre del termodinámica” y en esta materia siguen utilizándose conceptos tales como, “el motor de Carnot”, “el ciclo de Carnot”, “el teorema de Carnot” y “la eficiencia de Carnot”.

Conviene decir también que Sadi Carnot estudió en la “École polytechnique” de París (1) y que tuvo como profesores a luminarias tales como Joseph Louis Gay-Lussac (1778 – 1850) ), Siméon Denis Poisson (1781 – 1840) ) y André-Marie Ampère (1775 – 1836). A pesar de su corta vida, murió a los 36 años, y de que gran parte de sus escritos fueron inhumados con él ya que murió de cólera, fue muy popular años después de su muerte junto con otros personajes de la época también estudiosos del calor, las máquinas de vapor y la termodinámica, tales como Benoît Paul Émile Clapeyron (1799 – 1864), Joseph Fourier (1768 – 1830) (2) y otros.
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(1) Escuela creada en París en 1794 durante la época de la Revoución y depués transformada en escuela militar por Napoleón. No fue la primera escuela de ingeniería creada en Francia ya que las primeras escuelas de ese tipo fueron creadas en Alemania y Francia a medidaos del siglo XVIII.
(2) Fue Clapeyron el que difundió los trabajos de Carnot. Lo hizo en su obra de 1834, “Puissance motrice de la chaleur”

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Doctor Ingeniero del ICAI y Catedrático de Economía Aplicada, Adolfo Castilla es también Licenciado en Económicas por la Universidad Autónoma de Madrid, Licenciado en Informática por la Universidad Politécnica de Madrid, MBA por Wharton School, Master en Ingeniería de Sistemas e Investigación Operativa por Moore School (Universidad de Pennsylvania). En la actualidad es asimismo Presidente de AESPLAN, Presidente del Capítulo Español de la World Future Society, Miembro del Alto Consejo Consultivo del Instituto de la Ingeniería de España, Profesor de Dirección Estratégica de la Empresa en CEPADE y en la Universidad Antonio de Nebrija.

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