06 agosto, 2010

Zardoz y la física de la inmortalidad

Zardoz y la física de la inmortalidad: "
Había dejado a nuestro amigo Zed ansioso por utilizar salvajemente sus dos armas, la de metal y la de carne en rollo, pero tan sólo era una simple disculpa para seguir captando vuestra morbosa atención. En realidad, el héroe de esta historia enseguida se da cuenta de que se encuentra en un lugar muy especial: el Vortex.

En efecto, una vez allí, Zed pasa a ser objeto de estudio científico, pues una erección no es un acontecimiento demasiado habitual que digamos en el Vortex, donde todos los hombres son impotentes y las mujeres unas sinsustancia. Al fin y al cabo, a quién le va a interesar el sexo y la reproducción cuando se posee la condición de inmortalidad.

Claro que con lo que no contaban los Inmortales era con el ansia de libertad, el ansia por vivir y morir, la adrenalina bullendo por la sangre del Exterminador. Zed no tarda en liberarse, desatando el caos en la tranquila y apacible comunidad del Vortex.

Pero, antes de seguir, os contaré en palabras de los mismos protagonistas, el origen de todo, cómo surgió un lugar tan fascinante y extraño como el Vortex. En un momento dado de la película, Zed se encuentra hablando con una mujer inmortal y le pide explicaciones:

- Este lugar está construido sobre mentiras y sufrimiento. ¿Cómo pudisteis hacer lo que nos hicisteis?

La mujer, desnuda de cintura para arriba, responde:

- El mundo estaba muriendo. Nosotros nos apoderamos de todo lo que era bueno e hicimos aquí un oasis. Nosotros, unos pocos, los ricos, los inteligentes, nos aislamos para conservar los conocimientos y tesoros de la civilización al sumirse el mundo en la era de la oscuridad. Para ello tuvimos que endurecer nuestro corazón hacia los sufrimientos del exterior.



Y la verdad es que esta parrafada me viene que ni pintada para contaros lo que quiero, y no es otra cosa que la segunda ley de la termodinámica. Así que comienzo con el rollete introductorio, como siempre. He de advertiros que en todas las ocasiones que me toca explicar este principio físico en mis clases la cara de la gente suele ser para fotografía de portada en una revista sobre seres exóticos. Reconozco que es una ley un tanto difícil de comprender y abstracta, sobre todo cuando se acompaña del concepto de entropía. Pero, de todas formas, dejadme intentarlo y dadme la oportunidad de que me explique. Luego, decidiréis si mereció la pena o no. Allá voy.

La termodinámica es la parte de la física que se encarga del estudio de las relaciones térmicas entre los cuerpos, es decir, del comportamiento y respuesta de los mismos ante intercambios de calor. Bien, un sistema termodinámico puede definirse como un cuerpo o un conjunto de ellos que intercambian energía (y también materia) con otros. El conjunto formado por el sistema termodinámico y el medio ambiente que lo rodea (pueden ser otros cuerpos, o aire, por ejemplo) recibe el nombre de universo (no confundir con el 'otro' universo). Pues bien, la segunda ley de la termodinámica establece lo siguiente:

'el desorden total del universo no disminuye nunca'




Como ya os habréis preguntado, la palabra clave en la frase anterior es 'desorden'. Para entenderlo, sin meterse en demasiados barrizales, ya que se requiere cierto nivel matemático y algún concepto estadístico, os pondré algunos ejemplos. En clase siempre empiezo por el caso de la tiza que sujeto entre mis dedos. Si la dejo caer desde una cierta altura, lo más normal es que se haga añicos al impactar contra el suelo. Los físicos decimos que ha pasado de un estado ordenado (en la mano y enterita de una pieza) a otro desordenado (hecha pedazos en el suelo). Ha tenido lugar un aumento del desorden de nuestro sistema (la tiza), a expensas de un intercambio de calor entre la tiza, el aire y el suelo del aula. Se ha convertido la energía potencial de la tiza entre mis dedos en calor por fricción con el aire y colisión con la baldosa. En este proceso, la energía total se ha mantenido constante, tal y como nos obliga la primera ley de la termodinámica (o más conocida como principio de conservación de la energía). Sin embargo, esta ley es insuficiente para explicar todos los fenómenos que suceden en la naturaleza. En efecto, aunque la energía total también se conserva en el proceso inverso, es decir, si los fragmentos de tiza del suelo se juntasen absorbiendo calor de la baldosa, la tiza se reconstruyese perfectamente y retornase a mi mano, éste fenómeno nunca sucede. ¿Por qué? Pues porque violaría la segunda ley de la termodinámica, implicando una disminución del desorden del universo (la tiza pasaría de un estado desordenado en el suelo a otro ordenado en mi mano).



Si habéis prestado atención (que es justamente lo que no hacen mis alumnos en clase) habréis podido percibir entre líneas que el 'desorden' tiene que ver con la cantidad de posibilidades distintas que puede tener un acontecimiento. Fijaos, el estado ordenado solamente puede conseguirse con unas posiciones fijas y muy concretas de los trozos de tiza, mientras que los estados desordenados pueden ser prácticamente infinitos: la tiza se puede partir en dos trozos, en tres, en cuatro, etc. Otro ejemplo muy gráfico es el fútbol. El papel más difícil es siempre el del delantero centro, el encargado de hacer el gol. Meter un gol es crear orden y sólo puede hacerse según unas pocas condiciones específicas, pues a poco que se desvíe el delantero de esas condiciones el balón no irá entre los tres palos. En cambio, el defensa tiene una enorme variedad de opciones para desbaratar la jugada: dar un patadón hacia arriba, hacia un lado, cometer falta, molestar al delantero, etc. La defensa es un proceso con más desorden porque tiene muchas más posibilidades reales para lograr su objetivo, que el delantero no haga gol.

Todo lo anterior se puede resumir de forma bastante simplificada en que los procesos que suceden más probablemente en la naturaleza son aquellos que tienen como resultado un mayor desorden, un mayor número de estados posibles finales. Por eso lo más frecuente en el fútbol es que el balón sea despejado, lo cual no quita para que haya algún gol de vez en cuando, pues este suceso, aunque tiene una menor probabilidad, ésta no es despreciable. En cambio, si calculásemos la probabilidad de que la tiza rota en el suelo ascendiese perfectamente integrada hasta nuestra mano, el resultado sería ridículamente pequeño, lo cual se puede interpretar como la imposibilidad de que ocurra.

Una forma de caracterizar cuantitativamente la cantidad de 'desorden' generado en un proceso termodinámico es mediante lo que los físicos llamamos entropía. La entropía de un sistema es una cantidad muy diferente de la energía y no deben confundirse. Mientras que la energía total del universo se mantiene constante (primera ley de la termodinámica), la entropía siempre aumenta (segunda ley de la termodinámica). Así pues, entropía y desorden son sinónimos.



La otra palabra con la que es preciso ser precavido en el enunciado de la segunda ley de la termodinámica es 'universo'. Os había dicho que el universo termodinámico es el conjunto formado por el sistema y sus alrededores. Esta definición lleva implícita la suposición de que el universo debe estar aislado, es decir, que no intercambia energía de ninguna forma; tan sólo existe intercambio entre el sistema y los alrededores del mismo. Y esto trae, a su vez, una consecuencia perfectamente lógica y razonable. Aunque la entropía del universo sólo puede crecer, no tiene por qué suceder así con las entropías respectivas del sistema y sus alrededores. Éstas pueden tanto aumentar como disminuir por separado, pero lo que siempre debe cumplirse indefectiblemente es que la variación total nunca puede ser negativa, pues en este caso se violaría la segunda ley de la termodinámica. El sistema puede disminuir su entropía sin ningún problema, pero a cambio los alrededores deben incrementar la suya en una cantidad que sea mayor en valor absoluto, de tal forma que cuando se sumen ambas variaciones de entropía el resultado sea una cantidad positiva.

Y llego así al meollo del asunto. ¿Resulta creíble que el Vortex sea un lugar aislado hasta tal punto que su entropía disminuya llevando a todos sus habitantes a un estado de mayor orden, más perfectos, inmortales en definitiva? Según lo que os he contado en el párrafo anterior, parece que en principio no habría problema para considerar el Vortex como el sistema termodinámico y todo el mundo que hay fuera del 'campo de fuerza' que lo envuelve como sus alrededores, constituyendo ambos el 'universo' termodinámico. Podría, entonces, suceder que se cumpliese la segunda ley de la termodinámica y la entropía del mundo de los Brutales aumentase muy por encima de la disminución de la misma en el mundo de los Inmortales. Al fin y al cabo, ¿no es esto lo que observamos cotidianamente en nuestro mundo real? Si no, ¿cómo explicar la evolución, por ejemplo? ¿No se trata de un proceso éste que viola la segunda ley de la termodinámica? Durante muchos millones de años se han desarrollado formas de vida sobre la Tierra cada vez más complejas, más ordenadas. ¿Cómo es posible? ¿No implica lo anterior una disminución de la entropía del universo?



Tranquilos, no dejéis que el pánico termodinámico se apodere de vosotros. Solamente los negacionistas de la evolución acuden a semejantes argumentos. Como razona Alan H. Cromer en su libro 'Física para las ciencias de la vida', es cierto efectivamente que la evolución ha producido, en general, formas de vida de orden creciente a lo largo de la historia de nuestro planeta. Asimismo, el desarrollo de un organismo individual (desde el óvulo fecundado hasta la madurez) constituye un proceso evidente de aumento de orden. Pero esto no significa de ninguna manera que se viole la segunda ley de la termodinámica ya que la Tierra no constituye en absoluto un sistema aislado ya que recibe energía del Sol. Acudiendo una vez más a la terminología termodinámica, la Tierra es el sistema y el Sol sus alrededores. La energía procedente del Sol hace que aumente su desorden (nuestra estrella se acerca cada vez más a su fin, a un estado de mayor desorden, de mayor entropía). En consecuencia, la energía utilizada en la Tierra para producir vida ordenada, se logra a expensas de un incremento en el desorden del Sol y es la suma de ambos desórdenes (o de sus variaciones de entropía respectivas) la que arroja un balance siempre positivo. Y, de hecho, algo parecido es lo que se ve en Zardoz cuando Zed, el Exterminador, se pega un buen mamporro contra el campo de fuerza aislante al pretender escapar de ese infierno de aburridos seres amuermados sexuales. Mucho campo de fuerza pero la luz del Sol sigue dejando ver a través del mismo el mundo altamente entrópico de los mortales pero felices seres aún copuladores: los Brutales...
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