El demonio de Maxwell: La paradoja

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Htkym/Wikimedia

El demonio de Maxwell es un experimento mental diseñado por James Maxwell que ilustraba la segunda ley de la termodinámica, que prohíbe que un cuerpo frio pueda pasar su “calor” a otro más caliente. 

James Clerk Maxwell fue un físico escocés que en el año de 1867 propuso un experimento mental al que se le conoce como la Paradoja de Maxwell, o más popularmente conocida como el Demonio de Maxwell. Esta paradoja se utiliza para ejemplificar la Segunda Ley de la Termodinámica, que habla acerca del equilibrio de temperaturas entre dos sistemas.

También se hace referencia a esta ley con la afirmación de que “en un sistema aislado, la entropía (el desorden) nunca disminuye”. Es decir las cosas siempre tienden a hacerse más desordenadas cada vez, y si quisiéramos ordenarla sería necesario invertir energía para ello.

Para entender este experimento mental imagínate lo siguiente. En un recipiente herméticamente sellado se encuentran átomos de gas caliente y frío, y existe una puerta que divide en dos dicho recipiente. Esta puerta es manipulada por un demonio quien es capaz de interactuar a nivel atómico y diferenciar entre un átomo frio y uno caliente. Los átomos de gas estan moviéndose por todas direcciones, entonces el demonio puede ir separando los átomos fríos a la izquierda y los calientes a la derecha. Para ello abre y cierra la puerta cuando sea necesario, permitiendo así que los átomos poco a poco se vayan separando y “ordenando”, lo cual va en contra de la segunda ley de la termodinámica.

En este experimento se supone que no se hace ninguna manipulación directa de los átomos es decir, no se empujan ni nada por el estilo, simplemente se utiliza la información (de si son fríos o calientes) y con esta información abrir o cerrar la puerta para ir separándolos, lo que va en contra de la segunda ley de la termodinámica.

Sin embargo, un experimento científico realizado por Masaki Sano, de la Universidad de Tokio y sus colegas demostraron que era posible convencer a una “gota” para que subiera una escalera en espiral sin usar ningún tipo de energía más que información. Para ello utilizaron una gota de poliestireno a nanoescala, a grandes rasgos la gota giraba en dos posibles direcciones, y debido a la interacción con las moléculas de su alrededor, se iba moviendo en dirección horaria o anti-horaria.

Si la gota debido a la acción de las moléculas de alrededor giraba en sentido horario (bajando), se aplicaba voltaje a su alrededor, que simulaba la puerta de la paradoja de Maxwell, de esta manera, se “animaba” a la gota a seguir subiendo (en sentido anti horario) sin aplicarle directamente energía a la gota, simplemente “cerrando la puerta” cada vez que quería bajar.

En fin, una demostración más de lo sorprendente del mundo cuántico.