Contracorriente

La energía perpetua: Usos y abusos de la termodinámica

Generalmente asociamos la palabra energía con fortaleza, vigor o firmeza. El término proviene del griego y significa trabajo interior. Esta noción coincide con la del lego; todos sabemos que realizar un trabajo representa un esfuerzo que consume nuestras energías. Efectivamente, podemos definir la energía como la capacidad de hacer un trabajo.

En ciencia el concepto de energía no tiene nada de ambiguo, está perfectamente definido. La energía puede medirse, así como pueden medirse la distancia o el tiempo. La unidad que se emplea para la medición de la energía es el Joule. También suelen usarse otras unidades, tales como la caloría (para los alimentos) o el kilowatt-hora (en la cuenta de la luz).

Aparte de la energía mecánica y el calor, existen otras formas de energía. Éstas están relacionadas con las fuerzas electromagnética y nucleares. Cualquier otro tipo de energía se reduce a alguna de las formas mencionadas. Por ejemplo, la energía química —presente en los combustibles y los alimentos— es energía eléctrica, ya que los enlaces químicos son consecuencia de fuerzas eléctricas. ¿Existen otras formas de energía? Los científicos no pueden negarlo, pero ya hace más de un siglo que no se ha descubierto energía alguna que no hayamos mencionado. Para que tal hallazgo tenga lugar sería necesario que aparezca un nuevo tipo de fuerza, además de las fuerzas gravitatoria, electromagnética y nucleares (fuerte y débil). Esta fuerza no se ha manifestado hasta el día de hoy.

Las leyes de la termodinámica

En 1847, el científico alemán Hermann von Helmholtz, llegó a la conclusión de que la energía se conserva. Es decir que, si bien puede cambiar de una forma a otra, no se puede destruir ni crear y, por lo tanto, en un sistema aislado es constante. Esta regla es tan importante que se la llamó primera ley de la termodinámica (rama de la física que estudia el “movimiento” del calor).

Bajo condiciones controladas (esto es, con la certeza de que no hay fraude) nunca ha sido observado un trabajo sin esfuerzo, y menos aún satisfecho las exigencias de reproducibilidad experimental que la ciencia requiere. Hasta el presente no se ha podido realizar ninguna experiencia que viole la ley de conservación de la energía.

La energía tiende a fluir de manera que su distribución sea lo más uniforme posible. Así, el calor fluye desde los lugares más calientes a los más fríos y, como consecuencia, la temperatura se hace más homogénea. Cuando finalmente la temperatura es la misma en todas las partes del sistema, la transferencia de calor cesa. Fue el físico alemán Rudolf Clausius quien introdujo el concepto de entropía como una medida de la transformación de la energía de una forma disponible a otra inaccesible. Cuanto más uniforme es la temperatura tanto menos disponible se encuentra el calor de un sistema y mayor es su entropía. Estas ideas fueron luego reformuladas por Ludwig Boltzmann quien dijo que la entropía es una medida del desorden de un sistema. Notablemente, ambas formulaciones son equivalentes. La segunda ley de la termodinámica fue propuesta por Clausius en 1850 y no es menos fundamental que la primera. El enunciado original dice que el calor no puede por sí solo pasar de una fuente fría a una caliente. Algunos años después, Kelvin y Planck propusieron un enunciado que, aunque parezca diferente, es equivalente al de Clausius: afirmaron que es imposible que una máquina alimentada con cierta cantidad de calor produzca una cantidad igual de trabajo. Con el término máquina, el enunciado se refiere a un dispositivo que funcione en forma cíclica, lo cual significa que luego de un ciclo el sistema vuelve a su situación inicial. Cuando decimos trabajo, nos referimos a la energía útil que produce la máquina.

En síntesis, la primera ley de la termodinámica nos dice que no se puede extraer más energía de un sistema que la que éste tiene. La segunda ley nos dice que no se puede extraer de un sistema más trabajo o energía útil que la energía disponible en él. La energía disponible es invariablemente igual o menor que la energía total del sistema. Por ejemplo, para que una máquina térmica pueda producir trabajo útil, debemos contar con dos fuentes de calor a diferentes temperaturas. Podríamos pensar en un barco que navega extrayendo calor del agua. Sin embargo no hay manera de extraerle calor al agua si no disponemos de una fuente a menor temperatura. Bien, podríamos generar tal fuente mediante un refrigerador. Lamentablemente, la energía que necesitamos para hacer funcionar el refrigerador resulta ser mayor que la que luego podemos recuperar. Así suele decirse que la primera ley nos advierte que no podemos ganar, la segunda ley que ni siquiera podemos empatar.

Algunos abusos

Los presuntos fenómenos parapsicológicos (la psicokinesis, por ejemplo), suelen ser “explicados” haciendo referencia a la “energía mental” o “psíquica”. De esta manera se pretende dar cierta seriedad a la presunta explicación, ya que el término energía es hoy netamente científico. Si es ésta la intención con la que se usa la palabra energía, entonces no es utilizada correctamente, dado que la “energía mental” nunca fue definida y menos aún medida. Posiblemente no se pretenda dar al término un sentido científico sino otro, totalmente diferente, misterioso y oculto. En este caso lo que se logra es crear confusión.

Es común escuchar que el “concepto occidental” de energía es diferente del “oriental”. Esto es falso. Los chinos, indios, tailandeses y uruguayos entienden por energía exactamente lo mismo que nosotros. La ciencia es universal, no depende de la región del mundo en la que nos encontremos ni del origen racial o cultural de quien la practica.

Frecuentemente se usa la expresión “energía positiva”. Con el adjetivo “positiva” se indica que se trata de una energía buena, capaz de curarnos, de hacernos sentir bien. De igual manera se habla de “energía negativa”, con lo que se implica algo capaz de dañarnos. Para la ciencia no hay energía “buena” ni “mala”, así como una distancia o un tiempo no son ni buenos ni malos por sí mismos.

Los conceptos de la termodinámica son básicos en toda la ciencia moderna. No obstante, observamos —cada vez con mayor frecuencia— una temible legión de charlatanes que impunemente anuncia y pregona supuestas energías destinadas a curar o mitigar todo tipo de dolencia. Los más osados afirman que la enfermedad sería una expresión de conflictos causada por “desequilibrios energéticos”. El equilibrio de cierta forma de “energía vital” es tal vez la idea más característica de algunas falsas medicinas como la homeopatía.

Recordemos que la única forma de energía que pueden emplear los seres vivos para sus procesos vitales es la contenida en las uniones químicas de los alimentos. Los seres humanos obtenemos nuestra energía metabólica de los alimentos mediante procesos que, a esta altura, entendemos con bastante detalle. Esta energía no se corresponde con la de los curanderos y charlatanes, que adopta las características de una entidad supramaterial, una idea mágica sin fundamento teórico ni experimental que proviene de viejas concepciones ya superadas.

La lista de energías falsas, fraudes e imposturas afines es interminable. Auras, chakras y pranas; energía de los pétalos florales de Bach; rabdomancia o radiestesia; pulseras y aguas magnetizadas; energía de las formas (pirámides); imposición de manos; shiatzu, reiki, rolf y qi gong; bipolaridad energética de los alimentos; puntos, vías y canales energéticos; acupuntura y reflexología; auriculoterapia; digitopuntura; moxibustión; energía vital y dinamización de las soluciones homeopáticas; efecto Kirlian; cristaloterapia o gemoterapia; los campos sutiles de la radiónica; cromoterapia; orgonomía y otros energetismos psicológicos.

Debemos tener presente que las leyes de la termodinámica se aplican sólo a sistemas aislados. Si consideramos sistemas abiertos, aquellos que pueden intercambiar energía con otros, es posible encontrar que la entropía decrece. Por ejemplo, el calor de un objeto introducido en un refrigerador es bombeado hacia el ambiente exterior, en aparente desafío a la segunda ley de la termodinámica. Sin embargo, debemos recordar que un refrigerador no es un sistema aislado: usted puede verificar que si desconecta el refrigerador, el proceso descrito se detiene. Lo que el refrigerador realiza cuesta energía (la que usted pagará a fin de mes como energía eléctrica).

Respecto a este tema a menudo se dice que la teoría de la evolución viola el segundo principio de la termodinámica, ya que según dicho principio se esperaría un cambio hacia el desorden. En este análisis, el error se encuentra en el hecho de que la vida en el planeta no es un sistema aislado. Es más, el propio planeta tampoco es un sistema aislado ya que constantemente recibe energía del Sol. Cabe señalar que estos cambios de desorden a orden no son exclusivos de los procesos vitales sino que también ocurren en otros procesos naturales, como es el caso de la formación de copos de nieve, tornados o estalactitas.

Máquinas de movimiento perpetuo

Las máquinas de movimiento perpetuo merecen tal vez un capítulo aparte. Con ellas muchos inventores han intentado violar las leyes de la termodinámica. Sin duda estas máquinas resultan fascinantes, pero, hasta el momento, solamente han funcionado en la mente de sus creadores.

Existen dos tipos o especies de máquinas de movimiento perpetuo. Los móviles perpetuos de primera especie violan la primera ley de la termodinámica, es decir el principio de conservación de la energía. Producirían más energía de la que consumen y podrían entonces funcionar eternamente realizando trabajo. La mayoría de las máquinas de movimiento perpetuo que se han diseñado a lo largo de la historia pertenece a este tipo. Aunque estas máquinas no puedan funcionar eternamente, son a veces capaces de funcionar por sí mismas por largos períodos, siempre que no se les obligue a realizar trabajo. Un móvil perpetuo de segunda especie viola la segunda ley de la termodinámica; desarrollaría un trabajo intercambiando calor con una única fuente térmica.

Una de las ideas más difundidas para la construcción de una máquina de movimiento perpetuo es la rueda desbalanceada. Durante siglos, cientos de inventores produjeron una infinidad de variantes de esta idea que violaría la primera ley de la termodinámica. Los inventores de estas máquinas intentan crear cierta asimetría que haga girar la rueda. El dispositivo se basa en la idea de mantener un lado de la rueda más pesado de modo que, una vez que comenzara a rotar, lo haría eternamente. Los inventores han propuesto incontables diseños para lograrlo, pero en cuanto sus ruedas se dejan a su propia acción finalmente se detienen.

En marzo de este año, fue ampliamente difundida por diversos medios una “nueva” máquina con la que se podría generar energía sin costo alguno. La máquina consistiría de un rotor que giraría por la acción de imanes permanentes sin consumir combustible alguno o electricidad. Su inventor —residente en la ciudad de Mar del Plata, Argentina— la denominó “transgenerador magnético”; el diseño era confusamente descrito en una página de Internet que ya no se encuentra disponible.

Las ruedas desbalanceadas de imanes constituyen una vieja idea, de siglos, reflotada por el inventor marplatense. El lector interesado puede remitirse a la página The Museum of Unworkable Devices1 de Donald Simanek (profesor de física en la Universidad Lock Haven de Pensilvania, EE.UU.), quien describe con inigualable precisión y humor un cúmulo de máquinas inútiles, entre ellas una variedad de intentos con ruedas e imanes.

Al presente, no se ha podido construir una máquina de movimiento perpetuo. Las leyes de la termodinámica han permanecido incólumes a los embates de los inventores más ingeniosos. Las leyes de la termodinámica están hoy muy sólidamente establecidas, y esperar que no se cumplan es similar a esperar que un objeto, al soltarlo, no caiga. Pero parece que la fascinación por construir una máquina que proporcione energía gratis no cesa, y los inventores de máquinas de movimiento perpetuo no se dejan amilanar.

Notas

  1. http://www.lhup.edu/~dsimanek/museum/unwork.htm

En portugués, ver http://www.ceticismoaberto.com/perpetuum/motoperpetuo.htm