Absolut zero

imageMercedes Iriarte Cela >

A veces la ciencia es tan contundente que asusta. Entre los siglos XVIII y XIX un par de científicos trabajaban incesantemente con gases intentando comprender el comportamiento de la materia. El primero en experimentar y descubrir ciertas relaciones entre las variables de un gas fue el francés Jacques Alexandre C. Charles. Lo que más atrajo la atención de Charles fue el desarrollo de los globos aerostáticos; él mismo probó un globo aerostático lleno de hidrógeno. Consiguió llegar hasta los 2000 m de altitud. En 1787 fruto de sus sesudos estudios con gases descubrió la relación entre el volumen y la temperatura de estos cuando están a presión constante.

Pero esta ley se quedó tímidamente aparcada hasta que en 1803 otro francés, Luis Joseph Gay-Lussac, verificó los descubrimientos de Charles y escribió un manuscrito con el título Recherches sur la dilatation des gaz (Investigaciones sobre la dilatación de los gases). Se estableció entonces la conocida Ley de Charles-Guy Lussac. El interés que le suscitaban los gases a Gay-Lussac también se hizo patente a través de su afición por los globos aerostáticos y en 1804 se subiría a uno, consiguiendo llegar hasta la friolera de 7000 m de altura.

Ahora bien ¿cuál fue el descubrimiento que unió a estos dos científicos franceses? Ambos comprobaron que cuando a un número constante de moles de un gas sometido a presión constante se le variaba la temperatura, existía esta relación entre volumen y temperatura:

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Es decir, existía una proporcionalidad entre ambas ya que a más temperatura, el gas ocupaba más espacio o dicho de otro modo, aumentaba su volumen.

Del mismo modo podemos decir lo inverso, a menos temperatura, menos volumen. Este descubrimiento que no parece en sí mismo un gran hallazgo derivó en otra sorprendente conclusión. Si reordenamos la ecuación anterior de la forma:

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y representamos unos valores tomados experimentalmente en el laboratorio en un eje de coordenadas:

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Obtenemos una recta con una pendiente cuya prolongación nos lleva a ir bajando la temperatura y reduciendo el volumen hasta un límite por debajo del cual las matemáticas predicen que el gas tendría volumen cero. Ese límite se encuentra a -273,16ºC y por debajo de esta temperatura el volumen del gas debería ser negativo, lo cual resulta físicamente imposible.

Años más tarde otro científico, Lord Kelvin, tomó esta singular conclusión para definir una nueva escala de temperatura cuyo cero se establece precisamente a -273,16ºC y se le conoce como cero absoluto. Esta definición tan contundente no es otra cosa que el reflejo de lo que implica la representación gráfica. ¿Qué ocurre por debajo del cero absoluto? ¿Desaparece la materia? ¿Se “supercongela”? Teóricamente el movimiento intrínseco de las moléculas y los átomos queda literalmente parado convirtiéndose en materia “inerte” aunque la mecánica cuántica prevé una energía residual conocida como energía del punto cero y que ni tan siquiera esa ausencia de calor puede eliminar.

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A día de hoy el Laboratorio de Bajas Temperaturas de la Universidad Politécnica de Helsinki (Helsinki University of Technology’s Low Temperature Lab) ha conseguido alcanzar los 273,149999 bajo cero, casi rozando el cero absoluto (-273,15). A temperaturas próximas al cero absoluto la materia se comporta de forma sorprendente: como superconductora (sin resistencia ninguna al paso de corriente eléctrica) y superfluida y aparece la condensación de Bose-Einstein. ¿Pero qué pasará por debajo de esa temperatura? Tiemblo solo de pensarlo; es una relación tan fría…

Bibliografía

  • Química general. Soledad Esteban Santos, Raquel Navarro Delgado. UNED. 1995.
  • Química Física. Atkins. Ed. Omega. 1999.
  • Breve historia de la Química. Isaac Asimov. Alianza Editorial. 2012.
  • NASA. Nasa Aeronautics and Space Administration

2 Respuestas a "Absolut zero"

  1. jaime   18 - febrero - 2014 at 18:47

    Por lo que una vez había leído por allí, el agua por bajo el cero absoluto tiende a comportarse de manera inusual a la que cualquiera podría pensar (Congelarse aun más). Según esa lectura decía que se volvía liquida otra vez (Aquello era un estudio echo por alguna universidad aunque no recuerdo bien cual). Saludos.

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    • Mercedes Iriarte   18 - febrero - 2014 at 20:59

      Gracias por su comentario. Termodinámicamente no parece posible bajar del cero absoluto para la materia tal como la conocemos, sin embargo, a nivel cuántico podría existir esa posibilidad. Por el momento le puedo decir que el agua a temperaturas muy frías se ordena en una red cristalina. A temperaturas próximas al cero absoluto aparece el condensado Bose-Einstein. Es un concepto nuevo de materia en el que los átomos de hidrógeno y oxígeno (en el caso que nos ocupa) adquieren un estado cuántico fundamental perdiendo su identidad y condensándose en lo que Einstein vino a llamar un “superátomo”. Cuando las partículas que son enfriadas cerca del cero absoluto son fermiones, aparece el líquido de Fermi. Quizás sea ese el líquido al que usted se refiere. Carl E. Wieman ganó el Premio Nobel en 2001 por conseguir un condensado Bose-Einstein. Un saludo.

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