7 | Capítulo 25 LA TERMODINÁMICA

Parece increíble, pero toda la revolución industrial, el motor de nuestro mundo, se construyó sobre una idea acerca del calor que hoy sabemos que era, bueno, completamente errónea. Esta es la fascinante historia de cómo llegamos a descifrar las reglas del juego del universo pasando de creer en fluidos invisibles a entender algo tan profundo como la mismísima flecha del tiempo. Para recorrer este camino vamos a seguir un orden. Primero nos sumergiremos en el antiguo misterio del calor. Luego veremos cómo surgieron las primeras dudas sobre lo que se creía. De ahí pasaremos a la búsqueda de la máquina perfecta. Seremos testigos del nacimiento de un concepto clave, la energía. Y terminaremos reflexionando sobre algo tan enorme como el destino final del universo. Venga, pues viajamos atrás en el tiempo. Nos vamos a finales del siglo XVII. En esa época la gente de ciencia tenía una idea sobre qué era el calor, que la verdad hoy no sonaría a pura ciencia ficción. La gran pregunta era esa, ¿qué es exactamente el calor? Y bueno, en aquel momento la comunidad científica creía tener la respuesta definitiva. Tenían una teoría que, ojo, parecía explicarlo absolutamente todo. Encajaba como un guante. A esta teoría la llamaban la teoría del calórico. La idea, en el fondo, era sencilla. El calor era una especie de de fluido, una sustancia invisible, sin peso, que pasaba de los objetos calientes a los fríos. Y, muy importante, se suponía que no se podía crear ni destruir, solo se movía de un sitio a otro. Pero claro, como suele pasar en la ciencia, esta idea también asentada, pues empezó a hacer aguas. ¿Y por qué? Porque de repente aparecieron nuevos experimentos que sencillamente no cuadraban con la teoría. Y la primera grieta seria apareció en un sitio de lo más inesperado, un arsenal militar en Munich. Allí, un personaje conocido como el Conde Roford, mientras supervisaba la perforación de cañones, se dio cuenta de algo que lo cambió todo. De hecho, él mismo lo escribió. Le costaba muchísimo imaginar que todo ese calor que se estaba generando fuera otra cosa que, y lo dijo así con mayúsculas, movimiento. Su experimento fue bastante directo. Cogió una broca que casi no cortaba para generar el máximo de fricción al taladrar un cañón. El resultado fue una cantidad de calor brutal, pero brutal. Parecía no tener fin. En apenas 2 horas y media puso a hervir toda el agua que rodeaba el cañón. Y aquí es donde se hizo la pregunta clave. A ver, si el calórico es una sustancia que está dentro del metal, ¿cómo es posible que salga y salga y no se acabe nunca? La única respuesta lógica era que el calor no estaba ahí guardado, sino que se estaba generando con el movimiento. Vale, la idea del calórico empieza a tambalearse y justo en ese momento la siguiente pieza del puzzle llega por un camino completamente distinto. No viene de un laboratorio, no. viene de la cabeza de un joven ingeniero francés que estaba obsesionado con una cosa, entender y mejorar las máquinas de vapor. Este ingeniero era Sad Carnot y es muy curioso porque él todavía creía en la teoría del calórico, pero se le ocurrió una analogía sencillamente brillante. Pensó, "A ver, ¿y si el calórico funciona como el agua en una noria? El agua cae de un nivel alto a uno bajo y en esa caída mueve la rueda y produce trabajo, pues Carnot se imaginó que el calórico hacía exactamente lo mismo, caía de una temperatura alta a una baja y en ese proceso generaba trabajo mecánico. Y esta idea suya se puede representar. Esto que tenemos aquí es el famoso ciclo de Carnot. A primera vista puede parecer un lío de curvas, pero en realidad es el mapa del motor perfecto, el más eficiente que se podría llegar a construir. Y lo más importante que demostró Carnot es que la eficiencia máxima no tenía nada que ver con el vapor o el gas que se usara. Solo dependía de una cosa, de la diferencia de temperatura entre el foco caliente y el foco frío. El ciclo, en resumen, tiene cuatro pasos. Primero, el gas se expande a temperatura alta cogiendo calor para poder hacer trabajo. Luego sigue expandiéndose, pero ya aislado, sin calor, y al hacerlo se enfría. Tercer paso, se comprime a la temperatura más baja soltando calor. Y el cuarto es comprimirlo todavía más, otra vez aislado para que vuelva a su temperatura inicial y vuelta a empezar. Lo fundamental de todo esto es que al final del ciclo una parte del calor se ha convertido en trabajo útil. Lo de Carnot fue una auténtica revolución conceptual, pero seguía atado a la vieja idea de que el calórico era una sustancia que se conservaba. Para dar el salto definitivo, para romper con todo, hizo falta que gente de campos muy diferentes, ingenieros, médicos, físicos, empezaran a conectar los puntos. Y todo explotó en la década de 1840. Fue un momento increíble porque varias mentes brillantes trabajando cada una por su cuenta llegaron a la misma conclusión alucinante, que el calor, el trabajo, la electricidad, en el fondo no eran cosas distintas, eran en realidad caras diferentes de la misma moneda, una única fuerza o como quisieran llamarlo que se conservaba siempre. Y si faltaba la prueba experimental definitiva, la trajo James Jul con este aparato tan ingenioso. Es básicamente un sistema donde unas pesas al caer mueven unas palas dentro de un recipiente con agua. Lo que hizo Jul fue medirlo todo con una precisión pasmosa y demostró, sin lugar a dudas que una cantidad concreta de trabajo mecánico, la caída de esas pesas, producía siempre, pero siempre la misma cantidad exacta de calor en el agua. Acababa de nacer el equivalente mecánico del calor. Todo este trabajo desembocó en lo que hoy conocemos como el primer principio de la termodinámica. O, dicho de forma más sencilla, la ley de conservación de la energía. La idea es simple, pero potentísima. La energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma. Y con esto, la teoría del calórico pues quedó oficialmente enterrada. El calor ya no era un fluido, era simplemente energía en tránsito. Y aquí la historia podría haber tenido un final feliz, misterio resuelto, pero no. Los científicos se dieron cuenta de que algo importante seguía sin encajar. La primera ley era correcta. Sí, la energía se conserva, pero faltaba una pieza crucial en el rompecabezas. Y esa pieza que faltaba es el segundo principio de la termodinámica. Este es más sutil, pero quizá todavía más profundo. Es el que explica por qué una taza de café caliente se enfría en una habitación, pero la habitación nunca le cede su calor a la taza para que se vuelva a calentar sola. nos dice que aunque la cantidad total de energía se mantiene, su calidad, por así decirlo, se degrada, tiende a dispersarse, a desordenarse. Esto es fundamental porque lo que hace la segunda ley es darle una dirección al tiempo. Es la razón por la que recordamos el pasado, pero no el futuro. Es por esto que si un vaso se nos cae y se rompe en mil pedazos, jamás veremos que los trozos salten del suelo y se recompongan solos. Este principio es ni más ni menos la flecha del tiempo. Así que aquí las tenemos. Dos leyes fundamentales. La primera nos dice que la energía del universo es siempre la misma. La segunda que el desorden del universo siempre va en aumento. Y juntas estas dos ideas no solo revolucionaron la física y la ingeniería, sino que nos obligan a plantearnos la pregunta definitiva. Si todo tiende inevitablemente al desorden, ¿cuál es el destino final de nuestro universo?