Hoy nos apetece hablar sobre física más mundana, de esa que podemos ver tanto en el día a día como en el funcionamiento mismo de las estrellas: las leyes de la termodinámica.
Empecemos por la más básica, aquella conocida como ley cero de la termodinámica. Dicha ley viene a decir que, si pones en contacto dos cuerpos con diferente temperatura, ambos intercambiarán energía hasta quedar a la misma temperatura.
Esto parece algo evidente, pero nos sirve para hablar del calor específico, que es la cantidad de energía que hay que suministrar a un material concreto para elevar un grado un kilo de ese material.
Por culpa de esta magnitud, cuando dos cuerpos puestos en contacto equilibran sus temperaturas, la temperatura final no será la media de ambas, sino que dependerá de los calores específicos de ambos materiales.
Por ejemplo, el agua requiere diez veces más energía para subir un grado que el hierro, por tanto, por cada diez grados que baje el hierro en el agua, el agua solo subirá un grado.
Pasamos a la primera ley, según la cual el incremento de la energía interna de un sistema será igual al calor que se le suministre menos el trabajo que ese sistema realice.
Esta ley proviene de algo aún mayor, uno de los pilares de la física. La ley de la conservación de la energía. Por lógica, la energía que tiene un sistema es la que se le suministra menos la que utiliza para realizar algún tipo de trabajo.
Aplicado a nosotros mismos sería tal que “tanto comes, tanto gastas, tanta energía te queda para pasar el día”. Y aquí acaba nuestra carrera como nutricionistas, para más información consulten a un profesional en nutrición.
La segunda ley es bastante icónica. Enuncia que la entropía total del Universo siempre debe aumentar al realizarse cualquier proceso no reversible.
Un proceso reversible es aquel que puedes revertir, como su propio nombre indica, en ese caso la entropía del Universo no aumentaría. En el instante en que la entropía aumente el proceso no es reversible.
No obstante, hay procesos en los que la entropía disminuye de manera local, por ejemplo, en tu nevera. Dentro de ella las cosas se enfrían, eso hace que su entropía disminuya. Por contra emite calor por detrás, lo que aumenta la entropía total.
La entropía local disminuye, pero la del Universo en conjunto aumenta. Al final la segunda ley de la termodinámica siempre se cumple.
Y por último la tercera ley, según la cual la entropía solo es nula en un cristal perfecto a cero grados kelvin. Expliquemos esto último porque es bastante interesante.
La entropía es una función de microestados, a mayor cantidad de microestados mayor entropía, y esta crece con el logaritmo neperiano de la cantidad de microestados.
En un cristal perfecto a cero grados, solo hay un microestado, y el logaritmo neperiano de uno es cero. Es el único caso posible en el cual un sistema pueda tener una entropía nula. Y con esto, concluimos por ahora nuestro repaso de las leyes de la termodinámica.
• • •
Missing some Tweet in this thread? You can try to
force a refresh
Conforme te acercas a un agujero negro el tiempo empieza a dilatarse. Hasta el punto de que en el horizonte de sucesos parece congelarse. Si lleva un tiempo infinito atravesar este punto, y los agujeros negros viven un tiempo finito ¿Es realmente posible caer en uno de ellos?
A esta cuestión le hemos dado una cantidad preocupante de vueltas. No nos cabía duda de que algo se nos estaba escapando, pero no terminábamos de ver el qué. Vamos a explicar el problema con un poco de calma.
Imaginemos dos observadores. Uno en caída libre hacia el agujero negro y otro mirando desde la lejanía, ajeno a los efectos del agujero negro. Los hechos son los mismos, pero la percepción de cada uno de esta situación es radicalmente opuesta.
Hablemos de esa solución que, en ocasiones, la gente que escribe ciencia ficción encuentra para reducir los tiempos de los viajes interestelares. Hablemos de singularidades y agujeros de gusano. Hablemos del puente de Einstein-Rosen. Imagen: Tomáš Müller for Quanta Magazine.
Pongámonos en contexto. En el año 1935 Albert Einstein y Nathan Rosen se propusieron encontrar una manera de describir las partículas utilizando la relatividad general y el electromagnetismo de Maxwell. Este artículo no trataba de agujeros negros, sino de partículas.
Con este objetivo publicaron su famoso artículo “The Particle Problem in the General Theory of Relativity” (journals.aps.org/pr/abstract/10…). Artículo en el que trataban a las partículas como singularidades de un campo gravitacional.
(1/7) Ayer hablábamos de un viajero que viajase a Alfa Centauri a una velocidad del 86,6% de la velocidad de la luz. En su sistema de referencia pasaría la mitad del tiempo que en la Tierra, es decir, recorre 4,37 años luz en 2,5 años ¿Cómo es eso posible?
(2/7) Que no cunda el pánico. No, no ha ido más rápido que la velocidad de la luz. Lo que pasa es que si le preguntas al cuentakilómetros de la nave no ha recorrido 4,37 años luz, este solo mediría 2,185 años luz.
(3/7) A velocidades relativistas no es el tiempo lo único que se altera, también lo hacen las longitudes, pues estas se contraen. Para el observador de la nave espacial han pasado 2,5 años, y ha recorrido 2,185 años luz a una velocidad del 86,6% de la velocidad de la luz.
(1/5) Relatividad especial: la estrella más cercana a nosotros es Alfa Centauri, que se encuentra a 4’37 años luz. Si alguien viajase hacia ella al 86.6% de la velocidad de la luz, en su reloj pasarían 2’5 años, la mitad que en un reloj de la Tierra.
(2/5) Veamos cómo van cambiando estos valores conforme nos acercamos a la velocidad de la luz. Si alguien viajase al 90% de la velocidad de la luz, para el reloj de la nave espacial el viaje duraría 2’12 años. Para alguien de la Tierra serían 4’85 años.
(3/5) Al 95% de la velocidad de la luz, los efectos de la dilación temporal empiezan a ser realmente espectaculares. Mientras que en la Tierra pasan 4’6 años, para un observador de la nave solo transcurren 1’44 años.
El Sol tiene una masa de 1,989*10^30 kg. No hemos ido a pesarlo, pero si quieres averiguar cómo lo sabemos y qué relación tiene con Kepler, lee este hilo porque lo vamos a demostrar sin más datos que la duración del periodo de la Tierra (un año) y su distancia a la estrella.
Vamos a suponer que la órbita de la Tierra alrededor del Sol es circular. No es cierto, pero si lo suficientemente cercano a la realidad como para permitirnos conseguir una buena aproximación.
Para que la Tierra no caiga hacia el Sol su fuerza centrípeta debe ser igual a la fuerza gravitatoria que le impone el Sol. Por tanto, debemos igualar ambas variables.
Nos gustaría fomentar en nuestras RRSS más ciencia y cultura, para ello os dejamos aquí algunas cuentas que recomendamos. No dudéis en descubrirnos y/o recordarnos (somos de mala memoria) las que consideréis oportunas.