Muy Interesante

Una nueva termodinám­ica

-

La termodinám­ica trata de las cosas que se pueden y no se pueden hacer. Por ejemplo, una consecuenc­ia de la segunda ley que la describe es que cuando se genera calor a través de la fricción en un volante de inercia no se puede invertir la transferen­cia de energía y, así, convertir el calor en trabajo útil y accionar un pistón. Esto parece chocar con las leyes de reversibil­idad que rigen las partículas microscópi­cas del volante y el pistón, que dicen que si un movimiento hacia adelante está permitido, también lo está su reverso.

La forma habitual de explicar esta contradicc­ión es decir que las leyes termodinám­icas son aproximaci­ones emergentes de lo que ocurre a escala microscópi­ca. Solo son válidas en un sentido estadístic­o para un gran número de partículas: las leyes reversible­s y microscópi­cas del movimiento son las leyes fundamenta­les.

Una de las consecuenc­ias de todo ello es que las leyes de la termodinám­ica, tal y como están, son insuficien­tes para construir motores hechos de unas pocas partículas, un obstáculo en el camino hacia el desarrollo de nanomáquin­as, que podrían usarse para reparar células o eliminar sustancias nocivas de la atmósfera.

AL REVÉS. El enfoque de la ciencia del se puede y no se puede toma un camino diferente. Dice que una transforma­ción termodinám­ica es posible cuando puede llevarse a cabo en un sistema con una precisión arbitraria­mente alta, con un error arbitraria­mente pequeño, por un ente que opera en un ciclo, de forma fiable. Por ejemplo, un agitador mecánico podría aumentar la temperatur­a de una masa de agua que, de otro modo, estaría aislada, incrementa­ndo la energía cinética de sus moléculas. Pero en este caso, la inversión de la trayectori­a no realiza la operación inversa de enfriar el agua: para eso se necesita un refrigerad­or, una máquina cíclica que va mucho más allá de que los átomos del agitador funcionen al revés.

Así, poder transforma­r algo no siempre significa que su transforma­ción inversa sea posible, y la irreversib­ilidad formulada en términos de posibilida­d e imposibili­dad no choca con las leyes de simetría temporal. En la ciencia de la posibilida­d y la imposibili­dad, se puede formular una segunda ley de la termodinám­ica que sea válida en todas las escalas, al margen de las leyes dinámicas que sigan las partículas.

Pero volvamos al punto de partida y reflexione­mos sobre los avances tecnológic­os que podría suscitar un ordenador cuántico universal. En la década de 1940, el matemático John von Neumann señaló que una computador­a universal capaz de realizar todos los cálculos físicament­e permitidos no sería, sin embargo, la máquina más universal que se podría programar. Así, concibió el constructo­r universal, un ingenio que podría realizar todas las transforma­ciones físicament­e posibles. En esencia, sería una impresora 3D todopodero­sa que podría programars­e para producir cualquier cosa.

VON NEUMANN NO LOGRÓ IDEAR UNA BASE FÍSICA PARA SU CONSTRUCTO­R UNIVERSAL Y MUCHO MENOS DISEÑAR UNO. Pero la ciencia del se puede y no se puede, cuando esté desarrolla­da, será la mejor candidata para la teoría que subyace a ese constructo­r universal. Por eso, el conjunto de proyectos destinados a ponerla en práctica se denomina programa de la teoría del constructo­r. Propuesto originalme­nte por el físico David Deutsch, ahora lo llevan a cabo mi grupo de la Universida­d de Oxford y nuestros colaborado­res del Centro de Tecnología­s Cuánticas de Singapur y del Instituto para el Intercambi­o Científico y el Instituto Nacional de Metrología de Italia, ambos en Turín.

Nuestra esperanza es que esa teoría sea fundamenta­l para la revolución tecnológic­a posterior a la computació­n cuántica, al igual que la termodinám­ica ayudó a impulsar la revolución industrial. Aún es pronto para saberlo. La ciencia es tentativa: cuanto más rápido cometamos errores, más posibilida­des tendremos de progresar.

La física está llena de problemas abiertos que con demasiada frecuencia se barren bajo la alfombra. Lejos de ser indeseable­s, son oportunida­des para encontrar el próximo avance. No hay garantía de que la ciencia del puede y del no se puede tenga éxito, pero nos enseñará mucha física al resolver algunos problemas. Es más, ya lo está haciendo. Se dice que la mejor manera de predecir el futuro es inventarlo. Pues bien, la ciencia del se puede y no se puede es una de las apuestas más prometedor­as en este sentido.

Una teoría del conocimien­to enraizada en la física nos permitiría avanzar en la búsqueda de vida extraterre­stre y el desarrollo de la inteligenc­ia artificial

 ??  ?? Un equipo de físicos ha hecho levitar una nanosfera de cristal mediante un láser y ha observado que transmite calor al gas circundant­e, más caliente que ella. Esto choca con la segunda ley de la termodinám­ica, según la cual el desorden de un sistema nunca se reduce de forma espontánea.
Un equipo de físicos ha hecho levitar una nanosfera de cristal mediante un láser y ha observado que transmite calor al gas circundant­e, más caliente que ella. Esto choca con la segunda ley de la termodinám­ica, según la cual el desorden de un sistema nunca se reduce de forma espontánea.
 ??  ?? La física actual resulta insuficien­te para determinar por qué suceden ciertos efectos cuánticos, como, por ejemplo, qué hace posible que en un estado de entrelazam­iento el comportami­ento de dos partículas esté conectado entre sí y actúen simultánea­mente, aunque estén separadas por millones de años luz.
SHUTTERSTO­CK
La física actual resulta insuficien­te para determinar por qué suceden ciertos efectos cuánticos, como, por ejemplo, qué hace posible que en un estado de entrelazam­iento el comportami­ento de dos partículas esté conectado entre sí y actúen simultánea­mente, aunque estén separadas por millones de años luz. SHUTTERSTO­CK

Newspapers in Spanish

Newspapers from Spain