La fe en las leyes de conservación

La cantidad de energía “liberada” en una explosión nuclear es idéntica a la que tenía la bomba antes de explosionar.

La ley de conservación de la energía ha tenido un éxito enorme. Se cree tan firmemente que parece casi imposible que cualquier nuevo descubrimiento pueda refutarla. Sin embargo, en algunos experimentos, la energía parece aparecer o desaparecer en un sistema, sin que pueda ser explicado el fenómeno por cambios en formas conocidas de energía macroscópica. Por ejemplo, a medida que se añade calor a un cubo de hielo que está fundiéndose la temperatura del cubito de hielo no aumenta. En casos como este, históricamente los científicos han preferido asumir que el calor añadido toma la forma de una especie de energía aún no investigada, en lugar de considerar seriamente la posibilidad de que la energía no se conserva [1].

Así, el filósofo alemán Leibniz propuso en su momento que la energía podría ser disipada entre “las pequeñas partes” de los cuerpos. Avanzó esta idea específicamente para mantener el principio de conservación de energía en colisiones inelásticas y en procesos donde hay fricción. La fe de Leibniz en la conservación de la energía estaba justificada. Posteriormente se demostró que la “energía interna”, almacenada como movimiento de las partículas submicroscópicas en el material con el que se experimenta, cambió la cantidad exacta para explicar los cambios observados en la energía externa, como es el caso de un cubo de hielo que se funde.

Otro ejemplo similar es la “invención” del neutrino por Wolfgang Pauli en 1930. Los experimentos habían sugerido que la energía desaparecía en ciertas reacciones nucleares. Pauli propuso que en estas reacciones se producía una partícula subatómica desconocida e indetectable (con la tecnología disponible en aquel momento), que Enrico Fermi llamó el “neutrino”. Pauli propuso que el neutrino portaba parte de la energía. Los físicos aceptaron la teoría de los neutrinos durante más de 20 años, sin que se demostrase su existencia experimentalmente. Finalmente, en 1956, los neutrinos fueron detectados en experimentos con la radiación de un reactor nuclear. De nuevo, la fe en la ley de conservación de la energía resultó estar justificada.

La idea de “conservación” es tan poderosa en ciencia que los científicos creen que siempre estará justificada. Cualquier aparente excepción a la ley se entenderá tarde o temprano de una manera tal que no nos obligue a renunciar a la ley. A lo sumo, estas excepciones podrán conducirnos a descubrir nuevas formas de materia o energía, haciendo que la ley sea aún más general y poderosa [2].

El matemático y filósofo francés Henri Poincaré expresó esta idea en 1903 en su libro La Science et l’Hypothèse:

. . . el principio de conservación de la energía significa simplemente que hay algo que permanece constante. De hecho, sin importar las nuevas nociones que las experiencias futuras nos den del mundo, estamos seguros de antemano que habrá algo que permanecerá constante, y a lo que podremos llamar energía.

El descubrimiento de qué se conserva en la naturaleza constituye la colección [3] de logros más importante de las ciencias físicas. De hecho, estas leyes de conservación constituyen poderosísimas herramientas de análisis y todas afirman que, pase lo que pase en un sistema de cuerpos en interacción, ciertas propiedades medibles permanecerán constantes mientras el sistema permanezca aislado

Notas:

[1] A este respecto puede ser interesante leer El tribunal de la experiencia sobre el concepto de hipótesis auxiliar.

[2] La teoría de la relatividad y los estudios de las reacciones nucleares, como en el caso del neutrino, permitió generalizar la ley de conservación de la energía a la ley de conservación de la masa-energía, siendo masa y energía dos formas equivalentes según E = mc2, donde c es la velocidad de la luz en el vacío. Esto no es más que una generalización de la primera ley de la termodinámica.

[3] La colección se ha ampliado en las últimas décadas gracias a los avances en física de partículas. Esta es una lista parcial de las leyes de conservación conocidas. Hay otras candidatas pendientes de más datos.

Masa-Energía.

Momento lineal.

Momento angular.

Carga eléctrica.

Carga de color.

Isoespín débil.

Probabilidad.

Simetría CPT.

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

2 Comentarios

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PacoPaco

La ley de la conservación de la energía es violada de forma continúa, pero durante muy poco tiempo: en un intervalo menor al tiempo de Plank.

Pero entiendo que eso se sale del objetivo del artículo.

El estatus de la segunda ley de la termodinámica - Cuaderno de Cultura Científica

[…] La segunda ley de la termodinámica tiene un estatus bastante diferente al de las leyes de conservación. […]

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