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Información y Entropía: la Entropía Desvelada

El descubrimiento de las leyes del calor y la creación de la materia denominada termodinámica, constituye otra etapa cumbre de la humanidad. Una etapa quizás tan brillante como la vivida a finales del siglo XVII y principios del XVIII con Newton y sus contemporáneos. Y no sólo en el terreno científico sino en el general de dar un salto más en la comprensión de nuestro mundo y de lo que los hombres somos y hacemos en él. Para mí la obra de Carnot, Clausius, Kelvin, Boltzmann y otros autores que se citan en este post dará lugar a una nueva Cosmovisión. Con ella el hombre avanzará en inteligencia y en consciencia, que, no lo olvidemos, es lo que nos preocupa en este blog. Revisamos esos avances de la mano de dos libros notables actuales: uno el de Arieh Ben-Naim cuya portada se incluye abajo y otro el que venimos utilizando desde el principio de los post dedicados a la Información de James Gleick, “La Información”. Utilizamos también, como siempre, información de otros libros y manuales y, por supuesto, de Internet.

Volvemos ahora a Carnot y a sus explicaciones científicas, resultando obligatorio indicar que la formulación de la segunda ley de la termodinámica hay que asignársela a dos personajes posteriores: al matemático y físico alemán Rudolf Julius Emanuel Clausius (1822 – 1888) y al físico-matemático e ingeniero inglés William Thomson, primer barón Kelvin, más conocido como Lord Kelvin (1824 – 1907). (1)

El primero de estos dos últimos científicos publicó en 1850 uno de sus más importantes trabajos, “On the mechanical theory of heat”, en el que exponía las ideas básicas de la segunda ley de la termodinámica. En 1865 introdujo el concepto de entropía.

El segundo, Lord Kelvin, realizó en la Universidad de Glasgow importantes trabajos sobre el análisis matemático de la electricidad y sobre la segunda ley de la termodinámica, formulando esta última con la precisión que la conocemos hoy. Colaboró también en la gran infraestructura de la época: el telégrafo. Tuvo un destacado papel, en particular, en el proyecto trasatlántico del telégrafo, motivo por el que fue nombrado caballero por la Reina Victoria.

Pero nos hemos ido un poco lejos del tema original de la entropía y su relación con la información que era el que habíamos anunciado. Otros científicos de aquellos tiempos trabajaron sobre el calor, y algunos, por cierto, también sobre la electricidad. James Clerk Maxwell (1831 – de 1879), Ludwig Edward Boltzmann (1844 – 1906), Josiah Willard Gibbs (1839 – 1903), Benoit Paul Émile Clapeyron (1799 – 1864) y otros, contribuyeron, precisamente, a la explicación del concepto de entropía y a la elaboración de su significado preciso.

Como explica Arieh Ben-Naim (1934 – ) en su libro “La Entropía Desvelada ” (2), Lord Kelvin y R. Clausius describieron la segunda ley de la termodinámica con distintas palabras y explicaciones pero con el mismo contenido. Kelvin dijo que ningún motor de calor puede transformar totalmente en trabajo toda la energía disponible en un recipiente calorífico, y Clausius indicó que el calor pasa de un cuerpo caliente a otro frío al ponerlos junto, de forma espontánea, y que nunca puede observarse el proceso inverso. Nosotros sabemos hoy que el proceso inverso se puede producir, pero sólo aplicando trabajo sobre un fluido, tal como ocurre en los frigoríficos y refrigeradores.

Clausius fue, además, el que introdujo el concepto de entropía al tener la intuición de que muchos procesos caloríficos y de mezcla de gases y otros fluidos se comportaban de acuerdo con una misma ley. Esto, por cierto, es lo que en otras ocasiones hemos definido como el sentido más preciso de ciencia: “establecer lo que hay de común en fenómenos naturales distintos”.

Eligió la palabra de origen griego “entropía” por su cercanía a energía y por su significado de transformación (cambio o giro), aunque tal sentido ha resultado incorrecto a medida que la entropía se ha entendido mejor y ha sido explicada con más precisión. Ben-Naim dice que la entropía, de hecho, no se puede explicar sin la concepción atomista del mundo y sin el conocimiento previo de la mecánica y de la termodinámica estadísticas. Y, aunque estamos hablando de finales del siglo XIX, y, como sabemos, la hipótesis de la existencia de átomos en el interior de la materia está con nosotros desde Demócrito, un filósofo griego que vivió entre los siglos V y IV a. C., tal hipótesis no tenía plena aceptación en los tiempos de Clausius, Kelvin y Maxwell. Ernst Mach (1838 – 1916), gran filósofo y científico austriaco de la época, fuertemente apegando al empirismo e impulsor del positivismo de la Escuela de Viena, por ejemplo, no admitía la existencia de los átomos. Lo mismo ocurría con Friedrich Wilhelm Ostwald (1853 – 1932), químico nacido en Riga y Premio Nobel de Química de 1909, que era una personalidad científica de la época.
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(1) No se debe olvidar tampoco la contribución a la fundamentación de la Termodinámica del gran científico alemán Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz (1821 – 1894) y su contribución a las teorías de la conservación de la energía.
(2) Arieh Ben-Naim, “La Entropía Desvelada”, Tusquets, Metatemas, Barcelona, 2011.
Es doctor en química por la Universidad Hebrea de Jerusalén, donde enseña termodinámica y mecánica estadística desde 1974.

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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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