Capítulo III: El gran desorden cósmico

Capítulo III: El gran desorden cósmico.

  Aquí estamos de nuevo, un capítulo más. Seguramente al lector no se le habrá pasado por alto que, pese a haber hojeado con paciencia el "manual de usuario del Universo" y haber sobrevivido a la violencia del Big Bang, por no hablar del fogonazo de la recombinación en los albores de la creación, yo a cambio no he respondido a NINGUNA de las preguntas que teníamos pendientes. Bien, pues ha llegado el momento de hacer "un poco" de justicia y de contestar al menos a la primera de esas cuestiones. Mejor no nos demoremos más en este párrafo introductorio y vayamos ya a arrojar luz sobre un nuevo misterio. Póngase cómodo el lector, olvídese por unos breves minutos de todas esas tareas que tiene pendientes de hacer y consultemos la "Enciclopedia Galáctica de bolsillo" de nuestra MTI en busca de respuestas.

  Fresco aún en la memoria tenemos el origen de nuestro universo gracias al Big Bang, así como el desconcertante enigma planteado por el orden surgido a partir del desorden inicial. Así lo veíamos en esa primera foto cósmica que aquellos fotones primigenios nos regalaron, y en la cual la temperatura del joven universo estaba repartida homogéneamente en lo que llamábamos "equilibrio térmico" (el calor no puede fluir de un lado a otro pues se ha repartido/desordenado ya al máximo).

El universo primigenio muestra 
un estado de máxima entropía.

Sin embargo afirmábamos que, según la Segunda Ley de la Termodinámica, la entropía (o "desorden") solo puede aumentar dentro de un sistema cerrado, jamás disminuir. Vemos ejemplos de esto todos los días. Pensemos por ejemplo en ese huevo que alguna vez se nos ha caído (o hemos arrojado sobre alguien) y se ha desparramado en un pringoso charco de fluidos y trozos de cáscara. Creo que no sería nada normal comprobar como de repente dicho huevo se reconstruye y vuelve a situarse en su estado inicial en la encimera de la cocina (o en nuestras malvadas manos). También dudaríamos de nuestra cordura si en una boda lanzáramos arroz a los novios y todos los granos cayeran al suelo en ordenados montoncitos, o si, como comentábamos en el capítulo anterior, nuestra taza de café absorviera calor de la habitación y se calentara sola (ójala, se me ha enfríado mientras escribo). Queda así bien claro que la entropía solo puede aumentar en el universo que observarmos, de hecho, a diferencia de otros sucesos tiene una nítida flecha de tiempo que únicamente puede apuntar en esa dirección que llamamos futuro. Una carambola de bolas de billar puede ser reversible (podríamos estar asistiendo a un rebobinado hacia atrás y no nos daríamos cuenta), también las desintegraciones de partículas que vimos el otro día podían transcurrir en sentido inverso, pero nunca puede suceder esto con el aumento de entropía. Y diré aún más, es muy posible que nuestra misma percepción del tiempo como algo que fluye hacia el futuro sea también causa de esta irreversibilidad del aumento de entropía. No perdamos de vista que el funcionamiento de nuestra mente esta sujeto plenamente a la Segunda Ley de la Termodinámica; al fin de al cabo, como explicaré, los seres vivos somos máquinas de generar entropía: logramos reducirla en nosotros mismos y en las cosas que hacemos solo a costa de aumentarla enormemente en nuestro entorno en forma del calor que emitimos con nuestra actividad.

  Pero seamos convencionales y empecemos por el principio. Al comienzo de nuestro universo la entropía era máxima, decíamos. Sin embargo esta frase es incompleta: la entropía térmica era máxima, pero no toda la entropía es de este tipo, pues recordemos que contamos también con la fuerza de la gravedad (que definíamos grosso modo como energía negativa en el Capítulo 1). Si bien lo normal en un gas caliente apiñado en un rincón de una habitación cerrada será que se expanda uniformemente por todo el volumen de la misma, en el caso de tener objetos de gran masa flotando libremente por ahí, su tendencia será justo la contraria: si estan esparcidos tenderán a apiñarse unos con otros regidos por la atracción gravitatoria. Pues bien, esto es justo lo que ocurre en nuestra foto primigenia. Si bien la entropía térmica es máxima, la entropía gravitatoria, cuantitativamente muchísimo más importante, es realmente ínfima. Toda la masa esta esparcida por ahí uniformemente, así que el "desorden gravitatorio" tiene un gigantesco campo de juego en el que desquitarse formando estrellas, galaxias y demás cosas. 

El autor, haciendo un precario uso del Paint, ha intentado representar los dos conceptos de aumento de entropía. El editor no me dejaba usar un tamaño más adecuado, pido disculpas por ello.

 Genial, pensará el lector si ha logrado no perderse con todo este maremagnum de órdenes y desordenes, pero... ¿como puede compensar y equilibrar una entropía a la otra? El ejemplo que nos da el físico y cosmólogo Roger Penrose es muy bonito. La entropía gravitatoria aumenta enormemente al generar estrellas como nuestro Sol ¹, y en su interior esa desmedida gravedad genera calor. Tengamos presente que, a cuanta más presión sometamos a un gas, mayor será su temperatura (el secreto de las ollas a presión). Ese calor provoca reacciones de fusión nuclear y se emite al espacio en forma de radiación electromagnética (luz, infrarrojos, rayos X, etc), parte de la cual llega a nuestro planeta. Esta radiación tiene unas determinadas longitudes de onda (distancia entre cresta y cresta de las ondas) que determinan la energía que transporta ². Cuando menor sea dicha longitud de onda (imaginemos un muelle más comprimido) más energía transportará. Bueno, pues las plantas al hacer la fotosíntesis toman prestada parte de esta energía para fabricar sus componentes orgánicos y poder alimentar su metabolismo ³. A su vez las vacas y otras criaturas, toman "re-prestada" dicha energía al comerse a las plantas, y finalmente nosotros estamos en el último eslavon de la cadena de transmisión energética cuando nos zampamos un buen filete de ternera (por el camino se ha perdido mucho, pero a nosotros nos sirve igualmente).

Según esta torcida pirámide (obsequio de Google Imágenes), se pierde un 10% de energía al saltar al siguiente nivel. Por ello, este fenómeno se conoce en ecología como "regla del 10%" y se considera a los animales menos eficientes desde el punto de vista energético que las plantas.

 Veíamos que la radiación que nuestro planeta devuelve al espacio tiene longitudes de onda más largas, es decir, ha perdido energía. Sin embargo el calor que recibe la Tierra es exactamente el mismo que luego emite al espacio, de lo contrario el planeta se calentaría hasta alcanzar el "equilibrio térmico" o máxima entropía térmica. ¿Qué es entonces lo que ocurre aquí si ganamos energía pero no absorvemos calor? Tengamos ahora cuidado de no perdernos porque llegamos al núcleo de nuestro argumento. Cuando decimos que las ondas que nos llegan tienen más energía que las que luego salen devueltas de nuestro planeta, decimos también que portan unos pocos fotones muy energéticos (recordemos que el fotón era la partícula que asociábamos a la radiación electromagnética, por ejemplo, a la luz). A menos fotones, menos grados de libertad entre ellos y por tanto una menor capacidad de desordenarse, es decir, menos entropía (si tenemos unas pocas canicas, podrán desordenarse menos que si tenemos más). Y en el otro sentido, al salir de nuestro planeta hay más fotones de baja energía y ocurre justo al revés.

Roger Penrose nos lo ilustra magníficamente en su libro "La nueva mente del Emperador". Sus derechos de autor mejor los metemos debajo de la alfombra.

  En otras palabras, la radiación que entra tiene menos entropía, y la que sale más. Esa baja entropía "robada" es con la que funciona la vida en este planeta, y a su vez proviene del Sol, que se generó gracias al apelotonamiento gravitario que desordenó la homogenea masa de gas creada por el Big Bang. ¡Bufff! Menudo lío de desorden ¿verdad? Pero en síntesis, la energía que uno aprovecha al devorar fieramente un sabroso muslo de pollo (o una sabrosa alcachofa los vegetarianos) proviene del estado de baja entropía gravitoria del Big Bang. Gracias a eso, podemos reducir la entropía en nosotros mismos (y en muchas de las cosas que hacemos) y vivir, pero como ya anunciaba, en realidad solo contribuimos al desorden general, pues cuanto más nos movemos, más entropía térmica en forma de calor aportamos a nuestro entorno. Sea como sea, la Segunda Ley de la Termodinámica es como la banca en los casinos, siempre gana.

 Llegados a este punto, podemos saltar como hacen los críos pequeños y preguntarnos porque esto es así ¿Por qué el universo tras el Big Bang es tan ordenadamente "liso"? ¿Por qué todo el gas estaba uniformemente esparcido como si una caprichosa y enorme deidad lo hubiera extendido con la mano? Bien, una vez más la respuesta a esto se halla en nuestra foto primigenia, junto con la respuesta a más preguntas todavía más inquietantes: ¿Qué ocurrirá finalmente con nuestro universo si el desorden no puede hacer más que aumentar? ¿Y como es su forma? ¿Tiene límites dicha forma? ¿Y como es que todo el conjunto que observamos esta tan armoniosamente coreafriado, incluso esas zonas que veíamos que jamás habían podido estar en contacto unas con otras debido a la distancia? ¿Y todo lo que detectamos en la foto de marras se corresponde con lo que vemos o... "hay algo más"? Y por último, ¿por qué todos estos ajustes nos son tan beneficiosos? Será un auténtico placer para mí responder (en la medida de mis posibilidades y gracias a los grandes divulgadores que leo) a todas y cada una de estas preguntas. Pero se me acaba el espacio para seguir escribiendo y a usted el tiempo de seguir leyendo, así que mejor volvamos a encontarnos la semana que viene con un nuevo y emocionante capítulo de nuestro viaje, que lo crea o no, prometo que nos va a conducir de vuelta al presente (estese el lector tranquilo al respecto). Hasta entonces, reciban un fuerte saludo, gentiles lectores.

 Notas:

¹ Actualmente la mayor reserva de entropía en el universo se encuentra en los agujeros negros, encarnación del máximo aglomeramiento gravitatorio posible. Podría pensarse que ahí la entropía se pierde y se infringe la Segunda Ley de la Termodinámica, pues nada puede escapar de un agujero negro. Stephen Hawking resolvió este dilema al descubrir que los agujeros negros pueden emitir calor, y con el paso del tiempo tender a evaporarse, devolviendo la entropía robada. La Segunda Ley siempre gana.

² Segun la fórmula de Plank, E = hʋ, donde h es la llamada constante de Plank (6,626x 10 (-34) J·s) y ʋ la frecuencia. Otro modo de verlo es E = hc / ʎ, siendo c la velocidad de la luz y ʎ la longitud de onda. Por este motivo, en nuestro universo la energía no es continua, sino que se halla empaquetada en forma de cuantos discretos de luz (en forma de fotones). El nombre de física cuántica, proviene de este hecho.

³ Debido a esto, si nos ponemos a especular sobre vida alienígena compleja, al menos una de las hipotéticas criaturas que imaginemos debería de ser capaz de realizar la fotosíntesis para alimentar a todo el sistema. Existen otros medios de obtención de energía a través de ciertas reacciones químicas, por ejemplo en las fumarolas volcánicas de los abismos oceánicos (al fin de al cabo, usando elementos generados por el Sol), pero ni de lejos tan eficaces como el aprovechamiento directo de la energía emitida por el Sol.

Bibliografía:

- "Ciclos del Tiempo", Roger Penrose, editorial Debolsillo. 

- "La Nueva Mente del Emperador", Roger Penrose, editorial Debolsillo.