Activa las notificaciones para estar al tanto de lo más nuevo en tecnología.

Los físicos durante siglos han intentado enfriar cada vez más algo hasta que se llegue al cero absoluto, es decir, 0 grados Kelvin o bien, -273.15 grados centígrados. Este es el límite y se le llama precisamente en termodinámica “el cero absoluto”. Los procedimientos para llegar a esta temperatura baja tan extrema se han desarrollado por años y se han encontrado un sinfín de obstáculos. El primero es simplemente ¿cómo saber que se llegó al cero absoluto? Esto dicho de otra manera, ¿cómo medimos que efectivamente estamos a -273.15 grados centígrados?

Pero aunque dejemos esto de un lado por el momento, ahora parece ser que el cero absoluto es exactamente, un absoluto al cual no se puede llegar. Las matemáticas han puesto límites al enfriamiento y han dado a una ley que tiene ya cientos de años, una perspectiva realista. A menos que se tengan tiempo y recursos infinitos, no se puede llegar al cero absoluto de temperatura. Se afirma categóricamente ahora.

En 1906 el químico alemán Walther Nernst formuló el teorema del calor, que dice que cuando un cristal perfecta se aproxima al cero absoluto (-273.15 grados centígrados), la entropía del sistema se va a cero también. Este trabajo recibió ni más ni menos que el Premio Nobel de 1920 en química. En 1912 Nernst defendió su versión añadiendo una nueva claúsula, que llamó el “principio de inasequibilidad”, en donde se indica que el cero absoluto no se puede obtener físicamente. Tomadas estas dos reglas (o leyes), hacen que se conviertan en al tercera ley de la termodinámica.

Sin embargo, los físicos no tenían ninguna prueba de esto, sino que muchos lo aceptaban como una ley que no tenía contradicciones y que funcionaba. Siempre hubo físicos que rechazaban la idea de no poder llegar al cero absoluto.

No obstante esto, ahora Jonathan Oppenheim y Lluís Masanes, de la University College London, han derivado la idea de la inasequibilidad de forma matemática y han llegado a probar que hay límites sobre qué tan rápido se puede enfriar algo, creando así una prueba de la tercera ley de la termodinámica.

Investigadores crean nueva forma de la materia

“En las ciencias de la computación, las personas se preguntan todo el tiempo: ¿cuánto tardará un cálculo en particular”, dice Oppenheim. “Al igual que la máquina tarda en desarrollar un cálculo, una máquina que enfríe algo debe tardar en hacerlo”, indica, por lo que él y Masanes se preguntaron cuánto llevaría enfriar algo al cero absoluto.

El enfriar se hace en una serie de pasos: el calor se quita del sistema y se manda al entorno una y otra vez (como lo hace en proporción, un refrigerador). Al realizar esto, el sistema se enfría cada vez más. Qué tanto se enfría depende de cuanto trabajo se haya hecho para quitar el calor y el tamaño del reservorio para echarlo ahí.

Aplicando técnicas matemáticas de la teoría cuántica de la información, los investigadores probaron que no hay un sistema real que pueda alcanzar el cero absoluto, o bien, que se requeriría de un infinito número de pasos y por ende un infinito número de tiempo y de recursos. Acercarse al cero absoluto es posible, sin duda, pero los cálculos de Masanes y Oppenheim cuantificaron estos pasos de enfriamiento pudiendo calcular qué tan rápido podría enfriarse algo en un tiempo finito.

De esta manera, gracias a los avances en computación cuántica, la necesidad de cuantificar el enfriamiento empieza a ser más interesante. Para guardar datos, as partículas en una computadora cuántica se ponen en un estado de energía particular; la energía extra y el ambiente de calor que exista puede poner las partículas fuera de estos estados, degradando o destruyendo los datos guardados. “Y es que no sólo quitamos la energía del sistema, sino que además eliminamos la incertidumbre”, dice Masanes.

Los límites encontrados en esta investigación están aún lejos de las limitaciones halladas en la práctica. Nadie ha llegado a temperaturas cerca de las que Masanes y Oppenheim consideran como el límite. En la medida que la tecnología mejora, esperan los investigadores que estos límites se conviertan en algo relevante.

“Este trabajo es importante pues la tercera ley es uno de los problemas fundamentales de la física contemporánea”, dice Ronne Kosloff, de la Universidad hebrea de Jerusalem. “Relaciona la termodinámica, la mecánica cuántica y la teoría de la información. Es un punto en donde se juntan muchas cosas”, indicó.

Referencias: Nature CommunicationsNew Scientist 

Desde la Red…
Comentarios