"A day without yesterday"

April 1, 2010

A principios del siglo XX la abrumadora mayoría de los científicos asumían que el universo siempre había existido en un estado permanente, o sea que de algún modo era eterno. No habia principio ni fin para nuestro universo, ni alfa ni omega. La mera noción de que nuestro universo comenzó en algún momento en el tiempo parecía demasiado cercano a las religiones y relatos de creación divina, demasiado parecido en especifico a ciertos relatos creacionistas tales como el Genesis Judeo-Cristiano. Estamos hablando en el contexto de la física de principios del siglo XX, una física repleta de sorpresas para todos, y muy pronto algunas ideas inusuales hicieron su entrada en torno a un universo en expansión y con origen . El astrónomo y sacerdote Católico Georges Lemaitre fue el primero de todos los científicos en plantear que todo nuestro universo comenzó a partir de un solo “átomo o huevo primogenio” en algún momento remoto en el tiempo; esta sería la primera versión de lo que hoy en dia llamamos la teoría del Big Bang. Einstein rechazó las ideas del sacerdote Lemaitre, como hizo usualmente con todos los modelos que proponian un universo en expansión, eventualmente tendría que admitir que Lemaitre podía tener razón. Es importante hacer notar que Einstein odiaba intensamente y por igual dos ideas: la mecánica cuantica y modelos que soportaran la noción de un universo en expansión. Einstein llegó tan lejos en su rechazo a la idea de un universo en expansión que creó una llamada una constante cosmológica que corregía sus propias ecuaciones para mantener un universo estable, eterno y sin ninguna clase de expansión. Pienso que es importante destacar que Georges Lemaitre no solo era sacerdote sino también un Doctor en Ciencias Matemáticas egresado del MIT y que había realizado importantes estudios de Astronomía con Arthur Eddington en la Universidad de Cambridge. Sus ideas de ningún modo eran motivadas por sus ideas religiosa sino por su espiritu científico y de busqueda de la verdad. Es también importante entender que Lemaitre no estaba para nada familiarizado con el trabajo de Albert Einstein. Lemaitre basó su modelo en algo más simple y familiar , la segunda Ley de la Termodinámica y su concepto de Entropía. En su cosmovisión el universo debió haber empezado en un estado de máxima energía libre y entropía mínima, perdiendo energía en el tiempo, hasta que finalmente muera en un estado de máxima entropía. La conclusión lógica acorde a la termodinámica era un modelo del universo en expansión con el tiempo: un universo que comenzó mucho más pequeño y organizado de lo que es ahora, tan pequeño que todo el universo estaba originalmente comprimido en un minúsculo átomo. Acorde a este modelo nuestro universo estalló a partir de una increíblemente densa primera partícula y este universo continuaría en expansión, perdiendo energía libre, incrementando entropía y gradualmente llegando a un estado final de máxima entropía. Lemaitre publicó esta teoría de lo que él llamaba el “átomo primogenio” en la década de 1920 en una revista científica en Bélgica.

Einstein tras leer la publicación le comentó de un modo muy sincero y casi brutal a Lemaitre: ” La matemática es excelente, sus calculos son correctos pero su entendimiento de la física es lamentable para no decir abominable”

Eventualmente Einstein, tuvo que aceptar las ideas de un universo en expansión. El anuncio en 1929 por parte de Edwin Hubble de que toda las evidencias astronómicas efectivamente apuntaban hacia un universo en expansión, convenció finalmente a Einstein de que debía renunciar a su idea preconcebida de un universo estático y eterno. Unos años después , Einstein le haría justicia a Lemaitre. En una conferencia en una Universidad de California en la que Lemaitre explicó sus ideas de un universo en expansión, Einstein se levantó al final y dijo solemnemente  “Esta es la explicación más hermosa, coherente y articulada de la creación que yo haya escuchado jamás”

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La entropía y su simplificación

February 7, 2010

La entropía, comúnmente, es considerada y promovida en libros de ciencia popular y en aún algunos libros de textos como una medida del grado de desorden en un sistema cerrado, es decir, es una variable que de algún modo cuantifica cuán homogéneo o heterogéneo es un sistema considerado. Un ejemplo clásico, sería el de lanzar un objeto de cristal al suelo, éste tenderá a romperse en piezas y esparcirse mientras que jamás conseguiremos que lanzando los trozos de cristal rearmar el vaso de forma espontánea. Entonces podemos decir acorde a esa definición que la entropía se incrementó en la medida que el objeto se rompió, y que la entropía era mínima cuando el objeto estaba intacto, de algún modo la noción popular de entropía introduce colateralmente la idea que el incremento de la entropía es un proceso espontáneo y que ir contra esta tendencia natural involucra el uso de energía externa, algo que es absolutamente correcto. Acorde a este criterio simplista la Habana sería una ciudad entrópica debido a su alto nivel de destrucción. Creo que hasta este punto llegan la inmensa mayoría de libros populares que introducen este concepto, pero hay mucho más, en realidad muchísimo más asociado a este concepto angular. Debido a esta definición reduccionista y alejada del contexto termodinámico del cual proviene esta ley, el nivel de desconocimiento de este concepto aún en los planteles universitarios , aún a nivel de “Graduate School” es lamentable y absolutamente penoso. Me propongo en la próxima semana tratar de explicar este concepto en su contexto termodinámico que coincide en su definición más amplia, de hecho ya estoy trabajando en este posting a un buen paso. Por lo pronto les puedo decir, que en una reacción química la entropía puede variar, en un volumen de gas puede cambiar, que esta variable puede ser usada para predecir si una reaccion química puede ser espontánea o no, la entropía no es solo una medida de desorden. La explicación de la entropía es una vieja deuda que tengo con algunos de mis lectores más fieles y creo que ya es tiempo de cumplir esta vieja promesa de explicar en los términos más simples esta ley en toda sus implicaciones. No me engaño, sé muy bien que es un enorme reto tratar de explicar este concepto a lectores que tienen una mediana formación científica, ya veremos cuan exitoso puedo ser en este empeño.


La W de la ecuación de Ludwin Boltzman

September 19, 2009

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BoltzmannEn mi posting anterior no hubo intención alguna de introducir el concepto de entropía, es un tema abstracto y dificil de atrapar, aún asi una ley fundamental de la física y la información. La intención fue solo mostrar la tumba de Ludwin Boltzman y la lápida que contiene su famosa ecuación . Esa fué mi intención original, solo mostrar la ecuación escrita en su lápida , lo cual me pareció algo inusual y digno de mostrarse. He recibido muchos correos electrónicos con innumerables preguntas en torno a esta ley, algunas las he respondido de modo personal en el mejor modo posible, el más simple. En muchos de estos correos me preguntan si la W contenida en la ecuación se refiere a la variable trabajo. No, esa W no se refiere en modo alguno a trabajo. Esta W no es mas que el conjunto de todos los posibles microestados o configuraciones de los atomos de un gas que se corresponden al estado  macroscópico de un sistema , o sea W se refiere a todos las posibles conjuntos de propiedades en un gas tales, como las posiciones y velocidades particulares de los átomos. No fué mi intención de modo alguno introducir un concepto como la entropía en este blog. Pero es bueno ver un grupo de personas tratando de entender uno de los mas elusivos conceptos de la ciencia. Desgraciadamente, cuando tomamos cursos de termodinámica nos relacionan y reducen la noción de entropía a algun grado de desorden. Es cierto que la entropía implica incremento en el desorden, pero no creo que ese sea el modo mas conveniente o apropiado de introducir este principio. Recuerdo que muchos de mis compañeros de Ingeniería Química de la CUJAE, carrera que no terminé debido a que marché de Cuba, nunca entendieron este concepto por culpa de esta clase de introducción reduccionista. Entropía , en mi opinión, debe ser presentado en primera instancia, como calor degradado , o sea incapaz de realizar algun trabajo útil a diferencia de la llamada energía libre.