De los s\u00f3lidos ordinarios, el menos denso es el hidr\u00f3geno solidificado, con una densidad de 0’076 gramos por cm3<\/sup>. El m\u00e1s denso es un metal raro, el osmio, con una densidad de 22’48 gramos\/cm3<\/sup>.<\/p>\n Si los \u00e1tomos fuesen bolas macizas e incompresibles, el osmio ser\u00eda el material m\u00e1s denso posible, y un cent\u00edmetro c\u00fabico de materia jam\u00e1s podr\u00eda pesar ni un kilogramo, y mucho menos toneladas.<\/p>\n Pero los \u00e1tomos no son macizos. El f\u00edsico neozeland\u00e9s experimentador por excelencia, Ernest Ruthertord, demostr\u00f3 en 1.909 que los \u00e1tomos eran en su mayor parte espacio vac\u00edo. La corteza exterior de los \u00e1tomos contiene s\u00f3lo electrones<\/a> liger\u00edsimos, mientras que el 99’9% de la masa del \u00e1tomo est\u00e1 concentrada en una estructura diminuta situada en el centro: el n\u00facleo at\u00f3mico.<\/p>\n <\/p>\n El n\u00facleo at\u00f3mico tiene un di\u00e1metro de unos 10-15<\/sup> cm (aproximadamente 1\/100.000 del propio \u00e1tomo). Si los \u00e1tomos de una esfera de materia se pudieran estrujar hasta el punto de desplazar todos los electrones<\/a> y dejar a los n\u00facleos at\u00f3micos en contacto mutuo, el di\u00e1metro de la esfera disminuir\u00eda hasta un nivel de 1\/100.000 de su tama\u00f1o original.<\/p>\n De manera an\u00e1loga, si se pudiera comprimir la Tierra hasta dejarla reducida a un bal\u00f3n de n\u00facleos at\u00f3micos, toda su materia quedar\u00eda reducida a una esfera de unos 130 metros de di\u00e1metro. En esas mismas condiciones, el Sol medir\u00eda 13’7 km de di\u00e1metro en lugar de los 1.392.530 km que realmente mide. Y si pudi\u00e9ramos convertir toda la materia conocida del universo en n\u00facleos at\u00f3micos en contacto, obtendr\u00edamos una esfera de s\u00f3lo algunos cientos de miles de km de di\u00e1metro, que cabr\u00eda c\u00f3modamente dentro del cintur\u00f3n de asteroides del Sistema Solar.<\/p>\n El calor y la presi\u00f3n que reinan en el centro de las estrellas rompen la estructura at\u00f3mica y permiten que los n\u00facleos at\u00f3micos empiecen a empaquetarse unos junto a otros. Las densidades en el centro del Sol son mucho m\u00e1s altas que la del osmio, pero como los n\u00facleos at\u00f3micos se mueven de un lado a otros sin impedimento alguno, el material sigue siendo un gas.\u00a0 Hay estrellas que se componen casi por entero de tales \u00e1tomos destrozados.\u00a0 La compa\u00f1era de la estrella Sirio es una “enana blanca<\/a>” no mayor que el planeta Urano, y sin embargo tiene una masa parecida a la del Sol.<\/p>\n Los n\u00facleos at\u00f3micos se componen de protones<\/a> y neutrones<\/a>. Ya hemos dicho antes que todos los protones<\/a> tienen carga el\u00e9ctrica positiva y se repelen entre s\u00ed, de modo que en un lugar dado no se pueden reunir m\u00e1s de un centenar de ellos. Los neutrones<\/a>, por el contrario, no tienen carga el\u00e9ctrica y en condiciones adecuadas pueden estar juntos y empaquetados un enorme n\u00famero de ellos para formar una “estrella de neutrones<\/a>”. Los p\u00falsares<\/a>, seg\u00fan se cree, son estrellas de neutrones<\/a> en r\u00e1pida rotaci\u00f3n.<\/p>\n Estas estrellas se forman cuando las estrellas de 2 – 3 masas solares, agotado el combustible nuclear, no pueden continuar fusionando el hidr\u00f3geno en helio, el helio en ox\u00edgeno, el oxigeno en carbono, etc, y explotan en supernovas. Las capas exteriores se volatilizan y son expulsados al espacio; el resto de la estrella (su mayor parte), al quedar a merced de la fuerza gravitatoria, es literalmente aplastada bajo su propio peso hasta tal punto que los electrones<\/a> se funden con los protones<\/a> y se forman neutrones<\/a> que se comprimen de manera incre\u00edble hasta que se degeneran y emiten una fuerza que contrarresta la gravedad, qued\u00e1ndose estabilizada como estrella de neutrones<\/a>.<\/p>\n Si el Sol se convirtiera en una estrella de neutrones<\/a>, toda su masa quedar\u00eda concentrada en una pelota cuyo di\u00e1metro ser\u00eda de 1\/100.000 del actual, y su volumen (1\/100.000)3<\/sup>, o lo que es lo mismo 1\/1.000.000.000.000.000 (una milmillon\u00e9sima) del actual. Su densidad ser\u00eda, por tanto, 1.000.000.000.000.000 (mil billones) de veces superior a la que tiene ahora.<\/p>\n La densidad global del Sol hoy d\u00eda es de 1’4 gramos\/cm3<\/sup>. Una estrella de neutrones<\/a> a partir del Sol tendr\u00eda una densidad que se reflejar\u00eda mediante 1.400.000.000.000.000 gramos por cm3<\/sup>. Es decir, un cent\u00edmetro c\u00fabico de una estrella de neutrones<\/a> puede llegar a pesar 1.400.000.000 (mil cuatrocientos millones de toneladas). \u00a1Qu\u00e9 barbaridad!<\/p>\n Objetos como estos pueblan el universo, e incluso m\u00e1s sorprendentes todav\u00eda, como es el caso de los agujeros negros<\/a> explicado en p\u00e1ginas anteriores de este mismo trabajo.<\/p>\n Cuando hablamos de las cosas del universo estamos hablando de cosas muy grandes. Cualquiera se podr\u00eda preguntar, por ejemplo: \u00bfhasta cu\u00e1ndo podr\u00e1 mantener el Sol la vida en la Tierra?<\/p>\n Est\u00e1 claro que podr\u00e1 hacerlo mientras radie energ\u00eda y nos envie luz y calor que la haga posible tal como la conocemos.<\/p>\n Como ya explicamos antes, la radiaci\u00f3n del Sol proviene de la fusi\u00f3n del hidr\u00f3geno en helio. Para producir la radiaci\u00f3n vertida por el sol se necesita una cantidad ingente de fusi\u00f3n: cada segundo tienen que fusionarse 654.600.000 toneladas de hidr\u00f3geno en 650.000.000 toneladas de helio\u00a0 (las 4.600.000 toneladas restantes se convierten en energ\u00eda de radiaci\u00f3n y las pierde el Sol para siempre. La \u00ednfima porci\u00f3n de esta energ\u00eda que incide sobre la Tierra basta para mantener toda la vida en nuestro planeta).<\/p>\n Nadie dir\u00eda que con este consumo tan alto de hidr\u00f3geno por segundo, el Sol pudiera durar mucho tiempo, pero es que ese c\u00e1lculo no tiene encuenta el enorme tama\u00f1o del Sol. Su masa totaliza 2.200.000.000.000.000. 000.000.000.000 (m\u00e1s de dos mil cuatrillones) de toneladas. Un 53% de esta masa es hidr\u00f3geno, lo cual significa que el Sol contiene en la actualidad una cantidad de 1.166.000.000.000.000.000.0000.0000.000 toneladas.<\/p>\n Para completar datos dir\u00e9 que el resto de la masa del Sol es casi todo helio. Menos del 0’1 por 100 de su masa est\u00e1 constituido por \u00e1tomos m\u00e1s complicados que el helio. El helio es m\u00e1s compacto que el hidr\u00f3geno. En condiciones id\u00e9nticas, un n\u00famero dado de \u00e1tomos de helio tiene una masa cuatro veces mayor el mismo n\u00famero de \u00e1tomos de hidr\u00f3geno. O dicho de otra manera: una masa dada de helio ocupa menos espacio que la misma masa de hidr\u00f3geno. En funci\u00f3n del volumen – el espacio ocupado -, el Sol es hidr\u00f3geno en un 80 por ciento.<\/p>\n Si suponemos que el Sol fue en origen todo hidr\u00f3geno, que siempre ha convertido hidr\u00f3geno en helio al ritmo dicho de 654 millones de toneladas\u00a0 por segundo y que lo seguir\u00e1 haciendo hasta el final, se calcula que ha estado radiando desde hace unos 4.000 millones de a\u00f1os y que seguir\u00e1 haci\u00e9ndolo durante otros cinco mil millones de a\u00f1os m\u00e1s.<\/p>\n Pero las cosas no son tan simples. El Sol es una estrella de segunda generaci\u00f3n, constituida a partir de gas y polvo c\u00f3smico desperdigado por estrellas que se hab\u00edan quemado y explotado miles de millones de a\u00f1os atr\u00e1s.\u00a0 As\u00ed pues, la materia prima del Sol conten\u00eda ya mucho helio desde el principio, lo que nos lleva a pensar que el final puede estar algo m\u00e1s cercano.<\/p>\n Por otra parte, el Sol no continuar\u00e1 radiando exactamente al mismo ritmo que ahora. El hidr\u00f3geno y el helio no est\u00e1n perfectamente entremezclados. El helio est\u00e1 concentrado en el n\u00facleo central y la reacci\u00f3n de fusi\u00f3n se produce en la superficie del n\u00facleo.<\/p>\n A medida que el Sol siga radiando, ir\u00e1 adquiriendo una masa cada vez mayor ese n\u00facleo de helio y la temperatura en el centro aumentar\u00e1. En \u00faltima instancia, la temperatura sube lo suficiente como para transformar los \u00e1tomos de helio en \u00e1tomos m\u00e1s complicados. Hasta entonces el Sol radiar\u00e1 m\u00e1s o menos como ahora, pero una vez que comience la fusi\u00f3n del helio, empezar\u00e1 a expandirse y a convertirse poco a poco en una gigante roja. El calor se har\u00e1 insoportable en la Tierra, los oc\u00e9anos se evaporar\u00e1n y el planeta dejar\u00e1 de albergar vida en la forma que la conocemos.<\/p>\n La esfera del Sol, antes de explotar para convertirse en una enana blanca<\/a>, aumentar\u00e1 engullendo a Mercurio y a Venus y quedar\u00e1 cerca del planeta Tierra, que para entonces ser\u00e1 un planeta yermo.<\/p>\n Los astr\u00f3nomos estiman que el Sol entrar\u00e1 en esta nueva fase en unos 5 \u00f3 6 mil millones de a\u00f1os. As\u00ed que el tiempo que nos queda por delante es como para no alarmarse todav\u00eda. Sin embargo, el no pensar en ello… no parece conveniente.<\/p>\n Espero que al lector de este trabajo, encargado por la Asociaci\u00f3n Cultural “Amigos de la F\u00edsica 137, e\/hc”, les est\u00e9 entreteniendo y sobre todo interesando los temas que aqu\u00ed hemos tratado, siempre con las miras puestas en difundir el conocimiento cient\u00edfico de temas de la naturaleza como la astronom\u00eda y la f\u00edsica. Tratamos de elegir temas de inter\u00e9s y aquellos que han llamado la atenci\u00f3n del p\u00fablico en general, explic\u00e1ndolos y respondiendo a preguntas que seguramente les gustar\u00eda conocer, tales como: \u00bfpor qu\u00e9 la Luna muestra siempre la misma cara hacia la Tierra?<\/p>\n La atracci\u00f3n gravitatoria de la Luna sobre la Tierra hace subir el nivel de los oc\u00e9anos a ambos lados de nuestro planeta y crea as\u00ed dos abultamientos. A medida que la Tierra gira de oeste a este, estos dos bultos – de los cuales uno mira hacia la Luna y el otro en direcci\u00f3n contraria – se desplazan de este a oeste alrededor de la Tierra.<\/p>\n Al efectuar este desplazamiento, los dos bultos rozan contra el fondo de los mares poco profundos, como el de Bering o el de Irlanda. Tal rozamiento convierte energ\u00eda de rotaci\u00f3n en calor, y este consumo de la energ\u00eda de rotaci\u00f3n terrestre hace que el movimiento de rotaci\u00f3n de la Tierra alrededor de su eje vaya disminuyendo poco a poco. Las mareas act\u00faan como freno sobre la rotaci\u00f3n de la Tierra, y como consecuencia de ello, los d\u00edas terrestres se van alargando un segundo cada mil a\u00f1os.<\/p>\n Pero no es s\u00f3lo el agua del oc\u00e9ano lo que sube de nivel en respuesta a la gravedad lunar. La corteza s\u00f3lida de la Tierra tambi\u00e9n acusa el efecto, aunque en medida menos notable. El resultado son dos peque\u00f1os abultamientos rocosos que van girando alrededor de la Tierra, el uno mirando hacia la Luna y el otro en la cara opuesta de nuestro planeta. Durante ese desplazamiento, el rozamiento de una capa rocosa contra otra va minando tambi\u00e9n la energ\u00eda de rotaci\u00f3n terrestre. (Los bultos, claro est\u00e1, no se mueven f\u00edsicamente alrededor del planeta, sino que a medida que el planeta gira, remiten en un lugar y se forman en otro, seg\u00fan qu\u00e9 porciones de la superficie pasen por debajo de la Luna y sean atra\u00eddas por su fuerza de gravedad).<\/p>\n La Luna no tiene mares ni mareas en el sentido corriente. Sin embargo, la corteza s\u00f3lida de la luna acusa la fuerte atracci\u00f3n gravitacional de la Tierra, y no hay que olvidar que \u00e9sta es 80 veces m\u00e1s grande que la Luna. El abultamiento provocado en la superficie lunar es mucho mayor que el de la superficie terrestre. Por tanto, si la Luna rotase en un periodo de 24 horas, estar\u00eda sometida a un rozamiento much\u00edsimo mayor que la Tierra. Adem\u00e1s, como nuestro sat\u00e9lite tiene una masa mucho menor que la Tierra, su energ\u00eda total de rotaci\u00f3n ser\u00eda, ya de entrada, para periodos de rotaci\u00f3n iguales, mucho menor.<\/p>\n As\u00ed pues, la Luna, con una reserva inicial de energ\u00eda muy peque\u00f1a, socavada r\u00e1pidamente por los grandes bultos provocados por la Tierra, tuvo que sufrir una disminuci\u00f3n relativamente r\u00e1pida de su periodo de rotaci\u00f3n.\u00a0 Hace seguramente muchos millones de a\u00f1os debi\u00f3 de decelerarse hasta el punto de que el d\u00eda lunar se igual\u00f3 con el mes lunar. De ah\u00ed en adelante, la Luna siempre mostrar\u00eda la misma cara hacia el planeta Tierra.<\/p>\n Esto, a su vez, congela los abultamientos en un aposici\u00f3n fija. Unos de ellos miran hacia la Tierra desde el centro mismo de la cara lunar que nosotros vemos, mientras que el otro est\u00e1 apuntando en direcci\u00f3n contraria desde el centro mismo de la cara lunar que no podemos ver. Puesto que las dos caras no cambian de posici\u00f3n a medida que la Luna gira alrededor de la Tierra, los bultos no experimentan ning\u00fan nuevo cambio ni tampoco se produce rozamiento alguno que altere el periodo de rotaci\u00f3n del sat\u00e9lite. La luna continuar\u00e1 mostr\u00e1ndonos la misma cara indefinidamente; lo cual, como veis, no es ninguna coincidencia, sino la consecuencia inevitable de la gravitaci\u00f3n y del rozamiento.<\/p>\n La Luna es un caso relativamente simple. En ciertas condiciones, el rozamiento debido a las mareas puede dar lugar a condiciones de estabilidad m\u00e1s complicadas.<\/p>\n Durante unos ochenta a\u00f1os, por ejemplo, se pens\u00f3 que Mercurio (el planeta m\u00e1s cercan al Sol y el m\u00e1s afectado por la fuerza gravitatoria solar) ofrec\u00eda siempre la misma cara al Sol, por el mismo motivo que la Luna ofrece siempre la misma cara a la Tierra. Pero se ha comprobado que, en el caso de este planeta, los efectos del rozamiento producen un periodo estable de rotaci\u00f3n de 58 d\u00edas, que es justamente dos tercios de los 88 d\u00edas que constituyen el per\u00edodo de revoluci\u00f3n de Mercurio alrededor del Sol.<\/p>\n Hay tantas cosas que aprender que el corto tiempo que se nos permite estar aqu\u00ed es totalmente insuficiente para conocer todo lo que nos gustar\u00eda. \u00bfHay algo m\u00e1s penoso que la ignorancia?<\/p>\n Continuemos pues aprendiendo cosas nuevas.<\/p>\n En\u00a0d\u00edas anteriores\u00a0dej\u00e9 una rese\u00f1a de lo que se entiende por entrop\u00eda<\/a><\/em> y as\u00ed sabemos que la energ\u00eda s\u00f3lo puede ser convertida en trabajo cuando\u00a0\u00a0\u00a0 dentro del sistema concreto que se est\u00e9 utilizando, la concentraci\u00f3n de energ\u00eda no es uniforme. La energ\u00eda tiende entonces a fluir desde el punto de mayor concentraci\u00f3n al de menor concentraci\u00f3n, hasta establecer la uniformadad. La obtenci\u00f3n de trabajo a partir de energ\u00eda consiste precisamente en aprovechar este flujo.<\/p>\n El agua de un r\u00edo est\u00e1 m\u00e1s alta y tiene m\u00e1s energ\u00eda gravitatoria en el manantial del que mana en lo alto de la monta\u00f1a y menos energ\u00eda en el llano en la desembocadura, donde fluye suave y tranquila. Por eso fluye el agua r\u00edo abajo hasta el mar (si no fuese por la lluvia, todas las aguas continentales fluir\u00edan monta\u00f1a abajo hasta el mar y el nivel del oc\u00e9ano subir\u00eda ligeramente. La energ\u00eda gravitatoria total permanecer\u00eda igual, pero estar\u00eda distribuida con mayor uniformidad).<\/p>\n Una rueda hidr\u00e1ulica gira gracias al agua que corre ladera abajo: ese agua puede realizar un trabajo. El agua sobre una superficie horizontal no puede realizar trabajo, aunque est\u00e9 sobre una meseta muy alta y posea una energ\u00eda gravitatoria excepcional. El factor crucial es la diferencia en la concentraci\u00f3n de energ\u00eda y el flujo hacia la uniformidad.<\/p>\n Y lo mismo reza para cualquier clase de energ\u00eda. En las m\u00e1quinas de vapor hay un dep\u00f3sito de calor que convierte el agua en vapor, y otro dep\u00f3sito fr\u00edo que vuelve a condensar el vapor en agua. El factor decisivo es esta diferencia de temperatura. Trabajando a un mismo y \u00fanico nivel de temperatura no se puede extraer ning\u00fan trabajo, por muy alta que sea aquella.<\/p>\n El t\u00e9rmino “entrop\u00eda<\/a>” lo introdujo el f\u00edsico alem\u00e1n Rudolf J. E. Clausius en 1.849 para representar el grado de uniformidad con que est\u00e1 distribuida la energ\u00eda, sea de la clase que sea. Cuanto m\u00e1s uniforme, mayor la entrop\u00eda<\/a>. Cuando la energ\u00eda est\u00e1 distribuida de manera perfectamente uniforme, la entrop\u00eda<\/a> es m\u00e1xima para el sistema en cuesti\u00f3n.<\/p>\n Clausius observ\u00f3 que cualquier diferencia de energ\u00eda dentro de un sistema tiende siempre a igualarse por s\u00ed sola. Si colocamos un objeto caliente junto a otro fr\u00edo, el calor fluye de manera que se transmite del caliente al fr\u00edo hasta que se igualan las temperaturas de ambos cuerpos. Si tenemos dos dep\u00f3sitos de agua comunicados entre s\u00ed y el nivel de uno de ellos es m\u00e1s alto que el otro, la atracci\u00f3n gravitatoria har\u00e1 que el primero baje y el segundo suba, hasta que ambos niveles se igualen y la energ\u00eda gravitatoria quede distribuida uniformemente.<\/p>\n Clausius afirm\u00f3, por tanto, que en la naturaleza era regla general que las diferencias en las concentraciones de energ\u00eda tend\u00edan a igualarse. O dicho de otra manera: que la entrop\u00eda<\/a> aumenta con el tiempo<\/strong>.<\/p>\n El estudio del flujo de energ\u00eda desde puntos de alta concentraci\u00f3n a otros de baja concentraci\u00f3n se llev\u00f3 a cabo de modo especialmente complejo en relaci\u00f3n con la energ\u00eda t\u00e9rmica. Por eso, el estudio del flujo de energ\u00eda y de los intercambios de energ\u00eda y trabajo recibi\u00f3 el nombre de “termodin\u00e1mica<\/em>“, que en griego significa “movimiento de calor”.<\/p>\n Con anterioridad se hab\u00eda llegado ya a la conclusi\u00f3n de que la energ\u00eda no pod\u00eda ser destruida ni creada<\/strong>. Esta regla es tan fundamental que se la denomina “primer principio de la termodin\u00e1mica”.<\/p>\n La idea sugerida por Clausius de que la entrop\u00eda<\/a> aumenta con el tiempo<\/strong> es una regla general no menos b\u00e1sica, y que denomina “segundo principio de la termodin\u00e1mica.”<\/p>\n Seg\u00fan este segundo principio, la entrop\u00eda<\/a> aumenta constantemente, lo cual significa que las diferencias en la concentraci\u00f3n de energ\u00eda tambi\u00e9n van despareciendo. Cuando todas las diferencias en la concentraci\u00f3n de energ\u00eda se han igualado por completo, no se puede extraer m\u00e1s trabajo, ni pueden producirse cambios.<\/p>\n \u00bfEst\u00e1 degrad\u00e1ndose el universo?<\/p>\n emilio silvera<\/p>\n
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