Prólogo
E
ntre los cientos de leyes que describen el universo, hay cuatro que destacan especialmente. Son las leyes de la termodinámica, que
resumen las propiedades de la energía y sus distintas transformaciones de una forma a otra. Tuve la duda de si incluir la palabra
«termodinámica» en el título de esta pequeña introducción a un aspecto, fascinante y de importancia ilimitada, de la naturaleza, con
la esperanza de que leyeran al menos hasta aquí, ya que dicha palabra no sugiere una lectura ligera. Y, de hecho, no puedo hacerla
pasar por una lectura ligera. Sin embargo, cuando a su debido tiempo concluyan este delgado tomo, con el cerebro más vigoroso y
ejercitado, tendrán un conocimiento profundo del papel que juega la energía en el mundo. En breve, sabrán qué es lo que mueve el
universo.
No piensen que la termodinámica se ocupa solo de las máquinas de vapor: se ocupa de casi todo. Los conceptos que involucra
surgieron, sí, durante el siglo
XIX
, en los días en que el vapor era el tema candente, pero conforme fueron formuladas las leyes de la termodinámica y se exploraron
sus ramificaciones quedó claro que el tema podía afectar a una inmensa variedad de fenómenos, desde la eficiencia de las máquinas de
vapor, bombas de calor y refrigeradores, incluyendo de paso a la química, hasta alcanzar incluso a los procesos vitales. En las paginas
que siguen, viajaremos a lo largo de cada variedad de fenómenos.
Este grupo está compuesto por cuatro leyes, cuya numeración comienza de modo poco práctico en el cero y termina en el tres. Las
dos primeras leyes (la «ley cero» y «la primera») introducen dos propiedades conocidas, pero sin embargo enigmáticas, la temperatura
y la energía. La tercera de las cuatro (la «segunda ley») introduce una propiedad que muchos consideran aún más escurridiza, la
entropía, pero que espero demostrar que es más sencilla de comprender que temperatura y energía, dos propiedades que resultan
aparentemente más familiares. La segunda ley es una de las grandes leyes de la ciencia de todos los tiempos, ya que aclara por qué
ocurre cualquier cosa —desde el enfriamiento de la materia oscura hasta la formulación de un pensamiento—. La cuarta (la «tercera
ley») juega un papel más técnico, pero redondea la estructura del tema y permite y, a la vez, frustra sus aplicaciones. Aunque la tercera
ley establece una barrera que nos impide alcanzar la temperatura del cero absoluto, llegar al frío absoluto, veremos que existe un
mundo especular alcanzable y extraño que se mantiene por debajo del cero.
La termodinámica se desarrolló a partir de la observación de cuerpos de gran tamaño —tan voluminosos como las máquinas de
vapor, en algunos casos— y quedó establecida antes de que muchos científicos estuvieran seguros de que los átomos eran algo más que
meros instrumentos contables. Sin embargo, el tema se enriquece enormemente, si la formulación de la termodinámica basada en la
observación se interpreta en términos de átomos y moléculas. En esta exposición consideramos en primer lugar los aspectos
observacionales de cada ley, para posteriormente sumergirnos bajo la superficie de los cuerpos de gran tamaño y descubrir la luz que
aporta la interpretación de las leyes en términos de los conceptos que pueb