SOBRE EL AZAR, EL DESORDEN Y LA FLECHA DEL TIEMPO .PROCESOS IRREVERSIBLES

El azar, el desorden y la flecha del tiempo
Por Eitel H. Lauría


El aporte del siglo XX al avance de la ciencia ha sido cuantioso por la abrumadora cantidad de descubrimientos, de nuevas disciplinas y de metodologías e instrumentos producidos y puestos al servicio de la investigación científica y el desarrollo tecnológico. No obstante, es muy probable que la historia ubique en el más alto nivel la revolución conceptual y filosófica asociada con las importantes teorías surgidas a principios del siglo, la teoría de la relatividad y la teoría de los cuantos, y con la formulación de inesperados y heterodoxos principios y enfoques tales como el principio de incertidumbre de W. Heisenberg y la teoría del caos.

A partir de ese conjunto de notables teorías y formulaciones, el universo descripto por la ciencia perdió esa olímpica imagen de organización inmutable, estabilidad y orden asociada con el espacio y el tiempo absolutos y con los sistemas de astros similares a los mecanismos de relojería por la regularidad y periodicidad de sus movimientos.

La ciencia clásica mecanicista y determinista de los siglos XVII, XVIII y XIX dio paso a una ciencia caracterizada, particularmente en los niveles atómicos, por la incertidumbre y las estimaciones probabilísticas. Asimismo, aun en el ámbito de las formulaciones clásicas, se puso claramente en evidencia que los sistemas físicos, cualesquiera que fueren sus configuraciones, pueden presentar situaciones de inestabilidad que derivan en movimientos caóticos.

Resumiendo, el mundo de la física del siglo XX es un mundo cuyas estructuras conceptuales y formulaciones matemáticas admiten la incertidumbre, la inestabilidad caótica y las estimaciones probabilísticas.

El principio y el caos

Por otra parte, en ese panorama de modificación profunda de principios y teorías, algo trascendente mantuvo su plena vigencia: el denominado segundo principio de la termodinámica. Su enunciado y su formulación tuvieron lugar en el transcurso del siglo XIX, con motivo de las investigaciones y de los estudios relativos a la naturaleza del calor, las máquinas motrices térmicas, la teoría de los gases y las transformaciones de la energía; algunas de las figuras más relevantes en el tema fueron Sadi Carnot (1796-1832), R. Clausius (1827-1888), J.C. Maxwell (1831-1879) y L. Boltzmann (1841-1906).

El segundo principio de la termodinámica establece que en un sistema o recinto energéticamente aislado, es decir, sin intercambios de energía con el medio exterior, todas las diferencias de temperatura tienden a anularse espontáneamente. Por ejemplo, si se ponen en comunicación dos recipientes, uno con aire caliente y otro con aire frío, las moléculas de ambos recipientes se mezclan y terminan igualando sus temperaturas. En cuanto a la transformación inversa, es decir, la separación espontánea de una masa gaseosa en dos partes, una a mayor temperatura que la otra, nunca se produce.

El enunciado del principio y el ejemplo expuesto ponen de manifiesto que, a pesar de su pomposo nombre, el segundo principio de la termodinámica alude a fenómenos físicos muy simples y de conocimiento general. No obstante, sus aplicaciones son trascendentes y, a veces, sorprendentes.

En el sencillo ejemplo arriba citado y en otras innumerables experiencias que pueden realizarse o pensarse en sistemas naturales o tecnológicos, siempre sucede que el "orden" original -moléculas calientes en un recipiente y frías en el otro, en el ejemplo- ha desaparecido y ha aumentado el nivel de mezclado o de "desorden".

En otros términos, y en esto radica el concepto esencial del segundo principio de la termodinámica, la tendencia natural de los sistemas es evolucionar hacia estados con mayor nivel de desorden. En síntesis, los sistemas pasan espontáneamente de estados menos probables -ordenados- a otros más probables -desordenados-. Empleando terminología técnica, existe una magnitud física denominada "entropía", que aumenta con el aumento del desorden o, empleando palabras equivalentes, con la desorganización y la vigencia creciente del azar.

Asimismo, es una evidencia aceptada por la tecnología que, a medida que aumenta el desorden y la desorganización de un sistema aislado, disminuyen las probabilidades de extraer del mismo energía en forma de trabajo útil; por ello se dice que la energía se degrada y pierde utilidad, aunque su cantidad total se conserve.

Examinado el problema desde otro ángulo, dado que se trata de evoluciones hacia estados más probables, no de certezas, no está dicho que en el seno de un sistema no puedan darse, transitoria y localmente, procesos de aumento del orden y la organización, aunque ello no invalida la vigencia de la ley general de evolución hacia el desorden. Entre esos nichos o islas de orden merecen ubicarse los seres vivos, con su alto nivel de organización y vida efímera, pero su consideración detallada excede los alcances de esta nota.

En el universo

Si se toma como sistema aislado el universo en su totalidad y se lo examina según el segundo principio de la termodinámica, se obtienen resultados interesantes. En primer lugar, la evolución más probable del universo se da en el sentido del aumento del desorden y de la igualación paulatina de las temperaturas, es decir, del aumento de la entropía. Esta última es la única magnitud definida en el campo de la ciencia que siempre está aumentando en un universo que se desorganiza y desordena a medida que el tiempo transcurre. Según dijo el eminente físico británico sir A. Eddington en "La naturaleza del mundo físico", la entropía indica el sentido de crecimiento del tiempo, le coloca la "flecha" al tiempo y, por ende, apunta al futuro.

En segundo lugar, la evolución del universo hacia un estado final de máxima desorganización, con desaparición de las diferencias térmicas y con movimientos sólo regidos por el azar, es un proceso cuya culminación ha sido denominada muerte térmica del universo.

Es evidente que estas consideraciones finales constituyen una extrapolación cuya validez no puede asegurarse, pero no disminuyen en absoluto la importancia capital del segundo principio de la termodinámica en la ciencia.

El autor es miembro titular de la Academia Nacional de Ingeniería