Notice: Undefined offset: 1 in /var/www/html/es/noticias.php on line 13

NOTICIAS

Sobre la posibilidad de crear temperaturas negativas

Karina Maldonado Portillo
1/abr/2013

En enero de este año, un artículo publicado en la revista Science sorprendió a la comunidad científica. Los autores del texto, provenientes de la Universidad de Munich y el Instituto Max Planck, en Alemania, afirmaban haber logrado un experimento capaz de alcanzar temperaturas negativas.

¿Y eso es para sorprenderse? El hecho de que podamos ver en varios lugares del mundo cómo las temperaturas bajan a cifras menores que el cero ¿no es prueba suficiente de que las temperaturas negativas existen? En términos de la física no.

De hecho, para Víctor Romero Rochín, investigador del IFUNAM quien se presentó en el Seminario Sotero Prieto el 6 de febrero, el logro de los alemanes tampoco puede denominarse temperatura negativa. Para entender eso primero es necesario saber que el concepto de temperatura tiene varias interpretaciones.

La definición de temperatura en física clásica es la energía cinética de los átomos, es decir, que mientras más se “mueven” los átomos, más temperatura hay, y, por lo tanto, más calor. De manera inversa, mientras menos energía tienen los átomos, estos irán dejando de moverse hasta casi detenerse.

Ese ‘casi’ es importantísimo pues los átomos nunca se detienen por completo. La tercera ley de la termodinámica lo dice claro: no es posible alcanzar el cero absoluto porque eso significaría que no hay ningún tipo de energía en la materia. Por eso no pueden existir las temperaturas negativas, porque no puede haber un sistema carente totalmente de energía.

A nivel cuántico, sin embargo, esta concepción de temperatura no se aplica necesariamente así sino que sigue otras reglas, las de la Mecánica Estadística, que define ‘temperatura’ a partir de la energía y de su grado de ‘desorden’ (el término científico es entropía) y en términos muy generales, es cómo la entropía cambia cuando se le proporciona energía al sistema en cuestión.

De acuerdo con ella, la temperatura mide la probabilidad en que las moléculas de un sistema ocupan un estado de energía. Cuando se trata de un sistema con temperatura absoluta positiva, los estados de menor energía están más ocupados que los de mayor energía. Es un sistema que está en equilibrio porque entre más energía entra, ésta es más absorbida por los estados de menor energía.

Romero lo explica con una analogía: imaginemos una pequeña gota de agua caliente que entra en contacto con el agua a temperatura ambiente de una botella. Debido a que el agua de la botella está en equilibrio, si se le echa una gota de agua caliente no supondrá ningún cambio, pues la mayor masa de agua absorberá la temperatura de la gotita.

De manera inversa, para que exista un sistema con temperatura absoluta negativa tendría que tener un equilibrio invertido, es decir, que los estados de mayor energía estuvieran más ocupados que los de menor energía. Esto implicaría un crecimiento exponencial: a mayor energía, más estados ocupados. El problema con estos sistemas es que no pueden lograr el equilibrio y colapsan hacia un sistema de temperatura positiva.

En este caso, es como si la minúscula gota de agua sí alterara la temperatura del agua de la botella, lo que significaría que no es un estado estable pues ante una pequeña alteración, pierde su condición inicial.

Por eso, lo decía Norman Ramsey, quien ganara el Nobel de Física en 1989, para llegar a un estado de temperatura negativa se necesita un límite de energía máxima que mantenga en equilibrio el sistema.

Y eso es lo que afirman haber el equipo alemán liderado por Immanuel Bloch: un estado de temperatura negativa reproduciendo en laboratorio un ‘tope’ de energía máxima con un equilibrio “invertido” estable. En él, iniciaron con átomos de potasio que se repelían y, luego, con un sofisticado sistema de láseres, los "obligaron" a atraerse. Con este y otros cambios lograron el estado de "temperaturas negativas", explicó el físico.

A pesar de que el concepto de temperatura negativa se conocía desde hace años, la noticia de este experimento es importante porque ayuda a reflexionar sobre las interpretaciones que se tienen sobre el concepto de temperatura.

De acuerdo con Romero, “los estados de temperatura negativa en realidad son inestables debido a que cualquier perturbación o contacto con el resto del Universo los volvería de temperatura positiva”. Para que se considere que un estado está en verdadero equilibrio tendría que mantenerse así al mismo tiempo que interacciona con los demás sistemas del Universo. Y ese es el problema de las temperaturas negativas: no pueden permanecer sin alteración.

En el experimento que proponen Bloch y su equipo no se pueden utilizar los conceptos de ‘temperatura’ ni ‘entropía’ debido a que no posee equilibrio. “No es un mero asunto de interpretación, pues decir que tiene temperatura y entropía trae muchas consecuencias”, dice Romero Rochín.

El investigador concluyó, no obstante, que estas discrepancias son “parte del juego” en el que se desarrolla la ciencia pues esos hallazgos que pretenden romper paradigmas y que resisten a la crítica de los expertos por varios años son aquellos que muestran nuevos confines del conocimiento.

Enlaces Relacionados

Link al artículo de Víctor Romero:

http://arxiv.org/pdf/1301.0852v3.pdf

Link al artículo de Immanuel Bloch en Science:

http://www.sciencemag.org/content/339/6115/52.full