¿Cuál es la temperatura más baja que puede existir?
Este artículo forma parte de la sección The Conversation Júnior, en la que especialistas de las principales universidades y centros de investigación contestan a las dudas de jóvenes curiosos de entre 12 y 16 años.
Pregunta de José A., de 14 años. IES Alfaguara. Yunquera (Málaga).
Como su nombre sugiere, el límite del frío se sitúa en lo que llamamos cero absoluto. Este valor es exactamente 273,15 grados Celsius bajo cero y se toma como el origen de la escala absoluta de temperaturas: la escala Kelvin. Así, el cero absoluto corresponde a cero Kelvin, y los cero grados Celsius a 273,15 Kelvin.
Pero veamos cómo se pudo llegar a esta cifra tan exacta (adelantamos que no fue tarea fácil).
Amontons intuye que hay una temperatura mínima
A principios del siglo XVIII, el físico francés Guillaume Amontons realizó una serie de experimentos con gases, confirmando la ley de Boyle-Mariotte. Esta ley dice que el producto de la presión por el volumen que ocupa un gas es constante a una temperatura dada. Esto es, si aumentamos la presión, disminuye el volumen en la misma proporción. Por ejemplo, si duplicamos la primera, el segundo se reducirá a la mitad.
Usando un termómetro de mercurio, Amontons demostró que la presión del aire disminuía a la vez que la temperatura. A partir de ahí especuló que si se reducía la temperatura lo suficiente, llegaría un momento en que dicha presión sería nula. El científico galo concluyó que sería imposible bajar de esa frontera, que estimó en 248 ºC bajo cero (o -248 ºC).
Varios científicos repitieron los experimentos de Amontons u otros parecidos, dando diferentes estimaciones del cero absoluto. Por ejemplo, Jean-Henri Lambert lo situó, a mediados del siglo XVIII, en -270 ºC. En 1802, Louis Joseph Gay-Lussac encontró el valor de -266,7 ºC (aunque, al contrario que Amontons o Lambert, pensaba que el cero absoluto no existía realmente, ya que la ley de los gases descubierta por él no sería válida a bajas temperaturas).
Aquellos cálculos eran tan diferentes porque se hicieron extrapolando datos de temperaturas cercanas a la temperatura ambiente. El margen de error era muy grande. Finalmente, fue William Thomson (Lord Kelvin) quien consiguió echar bien los cálculos, en 1848, y establecer la escala de temperaturas que lleva su nombre, fijando el cero absoluto en -273 ºC. Era un valor prácticamente idéntico al actual.
La carrera del frío
Durante todo el siglo XIX se produjo una auténtica carrera del frío. Los científicos se afanaron en conseguir en sus laboratorios temperaturas cada vez más bajas. Michael Faraday (1791-1867) alcanzó los -33 ºC licuando amoníaco. También consiguió volver líquidos otros gases como el cloro o el benceno.
Louis Cailletet lo consiguó en 1877 con el oxígeno, a -140 ºC. Y seis años más tarde, el científico polaco Karol Olszewski batió el récord licuando aire a -195 ºC.
Al final del siglo XIX se estableció cierta rivalidad entre el escocés James Dewar, Olszewski y el neerlandés Heike Kamerlingh Onnes. Dewar pisó fuerte y se anotó la licuación del hidrógeno a -252,8 ºC. Pero fue Kamerlingh Onnes quien se llevó el gato al agua volviendo líquido el más difícil de todos los gases: el helio. Lo hizo en 1908 a la increíble temperatura de -269,15 ºC.
Tras el éxito de Dewar, Kamerlingh Onnes había comprendido que la licuefacción del helio requería grandes instalaciones e invirtió varios años en crear su laboratorio de bajas temperaturas. No solo disponía de taller mecánico, taller de sopladores de vidrio y laboratorio de química, sino que también creó escuelas para la formación de los profesionales necesarios. El laboratorio de Kamerlingh Onnes mantuvo la exclusiva mundial de licuefacción del helio durante 15 años.
¿Por qué es imposible alcanzar el cero absoluto?
Pero ¿hasta dónde puede llegar esta carrera? La teoría cinética de los gases establece que los procesos térmicos son consecuencia del movimiento microscópico de átomos y moléculas. Según esta teoría, los átomos y moléculas que componen un gas se mueven aleatoriamente y sin cesar en todas direcciones. Mientras que la temperatura es la medida de la agitación promedio de esas moléculas, la presión indica la fuerza que ejercen al rebotar sobre las paredes que las contienen.
Desde el punto de vista de la física clásica, el cero absoluto corresponde al punto en que las moléculas gaseosas no se mueven y, por tanto, no ejercen presión sobre las paredes. Pero la física cuántica –la que gobierna el diminuto mundo de los átomos y las partículas– cambió ese panorama.
Entre las peculiaridades de la física cuántica está el llamado principio de indeterminación de Heisenberg. Esta ley prohíbe que una partícula esté en reposo, ya que entonces se conocerían con absoluta precisión su posición y su velocidad, algo que el principio excluye expresamente. Las sustancias puras en el cero absoluto tienen una energía muy pequeña, sí, pero distinta de cero.
Los trabajos teóricos de Walther Nernst y Max Planck a principios del siglo XX condujeron a otra ley importante: el tercer principio de la termodinámica. Íntimamente ligado con la teoría cuántica, tiene como consecuencia directa que el cero absoluto es inalcanzable.
Pero aunque no sea posible obtenerlo estrictamente, sí es posible acercarse a él mucho. Las técnicas actuales, que usan potentes rayos láser para frenar las moléculas –consiguiendo así que se enfríen–, permiten obtener temperaturas del orden de solo millonésimas de grado por encima del cero absoluto.
La física de bajas temperaturas es fuente continua de nuevos descubrimientos
De ese modo, usando el enfriamiento por láser, Eric Cornell y Carl Wieman consiguieron crear en 1995 el primer condensado de Bose-Einstein, lo que les valió el Premio Nobel de Física de 2001. Un condensado de Bose-Einstein es un estado de la materia en el que todas las partículas se encuentran en el mismo nivel cuántico: el de la energía más baja posible, que también se llama estado fundamental.
El condensado de Cornell y Wieman estaba formado por átomos de rubidio enfriados a 0,17 microKelvin, es decir, apenas 0,17 millonésimas de grado por encima del cero absoluto. Sin duda, se trata de la frontera extrema del frío.
Más de RPP
PJ evaluará hoy si revoca detención preliminar contra Nicanor Boluarte y Mateo Castañeda
La Quinta Sala Penal de Apelaciones Nacional evaluará hoy desde las 02:00 p.m. los recursos de apelación planteados por las defensas de Nicanor Boluarte y Mateo Castañeda, implicados en el caso denominado ‘Los Waykis en la Sombra’.
De poder a poder: Minnesota Timberwolves aplastó a Denver Nuggets y la serie se definirá en un séptimo partido
Los vigentes campeones de la NBA sufrieron una humillante derrota 70-115 en Minnesota. Con este resultado, el pase a la final de la Conferencia Oeste se definirá el domingo, en la cancha de los Nuggets.
Tensión en Asia: Corea del Norte disparó un misil balístico no identificado
El Ejército surcoreano aseguró que el dispositivo fue lanzado hacia el mar Oriental, también llamado mar de Japón.
La FIFA eligió a Brasil como sede del Mundial Femenino 2027
El gigante sudamericano se impuso a una candidatura conjunta de Bélgica, Países Bajos y Alemania. Brasil volverá a acoger un Mundial de fútbol tras el torneo de 2014.
El Gobierno promulgó la ley que autoriza el retiro del 100 % de la CTS
Con firmas de la mandataria Dina Boluarte y el titular de la PCM, Gustavo Adrianzén, se autorizó el retiro del 100 % del monto de la Compensación por Tiempo de Servicios (CTS) por única vez y hasta el 31 de diciembre de 2024.
La hermana de Kim Jong-un negó que Corea del Norte esté exportando armas a Rusia
Kim Yo-jong aseguró que Corea del Norte no tiene "ninguna intención de exportar nuestras capacidades militares técnicas a otro país".
Francia envía refuerzos para retomar el control en Nueva Caledonia [VIDEO]
Los disturbios en Nueva Caledonia, con saqueos, incendios y tiroteos, han dejado cinco muertos, 200 millones de euros de desperfectos; y llevaron al gobierno francés a decretar un estado de urgencia y desplegar tropas.
Policía francesa mató a un hombre armado que intentaba prender fuego a una sinagoga
Francia, que acoge la principal comunidad judía de Europa, registró un aumento de los actos antisemitas desde el inicio de la ofensiva de Israel en la Franja de Gaza.
El poder del amor: El increíble cambio de un chihuahua que sufria de sarna tras ser adoptado
Tiny Tater Tot, un chihuahua que fue rescatado en Texas mientras sufría de una grave enfermedad de la piel, encontró una nueva oportunidad gracias al amor y cuidado de una familia temporal.
¡Atención! Hoy habrá corte de agua en Lima: conoce AQUÍ los distritos y horarios
La suspensión del servicio, que afectará varias zonas de estas jurisdicciones, fue programada para realizar trabajos de mantenimiento del sistema de almacenamiento de agua potable.
Más vistos
Tabla de Copa Libertadores 2024 EN VIVO, hoy | ¿cómo van las posiciones al término de la fecha 5?
Revisa EN DIRECTO los resultados y la Tabla de Posiciones de la Copa Libertadores 2024 en la fecha 5.
Yola Polastri, la querida ‘Chica de la tele’ vive un delicado momento en su salud
La popular artista permanece en la Unidad de Cuidados Intensivos de una clínica local desde hace cuatro días.
¿A qué hora jugó Universitario vs. Botafogo por la fecha 5 de Copa Libertadores 2024
Consulta dónde y a qué hora jugó Universitario vs. Botafogo la Copa Libertadores 2024.
No logró el objetivo: Universitario perdió 1-0 ante Botafogo y quedó eliminado de la Copa Libertadores
Universitario cayó ante Botafogo por la fase de grupos de la Copa Libertadores y quedó eliminado del torneo. Peleará la última fecha con LDU Quito para clasificar a la Copa Sudamericana.
Mosa sobre Colo-Colo: “Lo vamos a apelar de todas maneras”
Durante el partido entre Alianza Lima y Colo-Colo por la Copa Libertadores, Arturo Vidal fue expulsado del encuentro debido a una falta. Las controversias marcaron el empate entre Alianza Lima y Colo-Colo. Arturo Vidal, un experimentado volante, fue expulsado en los minutos finales del partido por la Copa Libertadores. Desde la gerencia del equipo chileno […]
Fluminense venció 2-1 a Cerro Porteño y Alianza Lima mantiene sus chances de clasificar a octavos de Libertadores
Fluminense derrotó a Cerro Porteño y Alianza Lima sigue con chances de clasificar a octavos de final de la Copa Libertadores 2024.
Alejandra Baigorria no saludó a Verónica Alcalá por el Día de la Madre, revela Deysi Araujo: “La pasó con su papá”
Madre de Alejandra Baigorria no la habría pasado bien en su día
Metiche a Karla Tarazona: “Todos sentimos que has vuelto con Christian y te mueres por él”
Kurt Villavicencio comentó que desde la primera vez que reapareció con el cantante, ella se ve mucho más radiante.