Descubren la violación temporal de la segunda ley de termodinámica

Un equipo internacional de científicos, en el que ha participado el Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) de Barcelona, ha logrado predecir con exactitud la probabilidad de eventos que violan de forma temporal la segunda ley de la termodinámica. Este logro ha sido posible, después de que los expertos hallaran una nanopartícula atrapada con luz láser que viola temporalmente esta ley, algo que es imposible en tiempo humano y escala de longitud.

Ver una película al revés hace reir porque el ser humano sabe que los procesos en la naturaleza no suelen revertirse. La ley física que explica este comportamiento es la segunda ley de la termodinámica, que postula que la entropía de un sistema, una medida de su desorden, nunca disminuye de forma espontánea. Esto favorece el desorden (alta entropía) frente al orden (baja entropía).

Sin embargo, esta ley pierde su rigidez cuando se entra en el mundo microscópico de los átomos y las moléculas. De hecho, a escalas nano la segunda ley puede ser violada de forma temporal en algunas raras ocasiones, como por ejemplo la transferencia de calor desde un sistema frío a uno caliente. que es incomprensible en nuestra vida cotidiana.

Pero, aunque en promedio la segunda ley de la termodinámica es válida incluso en sistemas de escala nanométrica, los científicos están intrigados por estos eventos raros y están investigando el significado de irreversibilidad en la nanoescala, dando lugar a este nuevo logro, que ha sido publicado en 'Nature Nanotechnology'.

Para este trabajo, el equipo ideaó un teorema de fluctuación matemática y lo pusieron a prueba utilizando una pequeña esfera de cristal, menor a 100 nanómetros en diámetro, atrapándola y levitándola mediante luz láser.

De esta forma se logró capturar la nanoesfera y mantenerla levitando en su lugar, así como medir su posición en las tres dimensiones del espacio con extrema precisión. Dentro de la trampa, la nanoesfera se mantiene en movimiento debido a colisiones con las moléculas de gas circundantes.


Utilizando una técnica para manipular la trampa de láser, los científicos lograron enfriar la nanoesfera por debajo de la temperatura del gas circundante, conduciéndola a un estado de inestabilidad. Después apagaron la refrigeración y observaron como la partícula lograba relajarse hacia una mayor temperatura a través de la transferencia de energía desde las moléculas de gas a la esfera.

Sin embargo, observaron que la pequeña esfera de cristal en ocasiones excepcionales no se comporta como debería según la segunda ley de la termodinámica. En vez de absorber calor, lo libera al gas de alrededor, que se encuentra más caliente, han explicado los científicos.

El resultado y el teorema planteado confirma la existencia de limitaciones en la segunda ley a escala nanométrica, y sugiere su revisión.http://www.europapress.es/ciencia