Teoría del Calor y Calentamiento Global
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Copyright © 2019 Maurizio Vignati
Este artículo se publica en el número 158 2021 de la revista “Infinite Energy”. El artículo completo se puede comprar accediendo a la siguiente dirección:
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TEORÍA DEL CALOR Y CALEFACCIÓN GLOBAL
Capitulo 1 – Resumen
Las medidas que las diversas naciones han implementado hasta ahora para combatir el calentamiento global se basan en los conocimientos científicos actuales y se admite generalmente que no pueden existir otras medidas más efectivas, ya que la ciencia se considera infalible.
En efecto, los científicos profundizan continuamente sus conocimientos sobre la composición y el comportamiento de la naturaleza siguiendo el método científico, según el cual cualquier teoría científica tiene carácter provisional.
Una teoría acerca de cierto fenómeno natural surge de la observación experimental, pero la comunidad científica permanece en la expectativa constante de cualquier otro experimento que proporcione resultados diferentes o que contradiga la propia teoría. Incluso es suficiente con una de estas situaciones, siempre que esté debidamente documentada, para que los científicos comiencen a considerar esta teoría incorrecta.
En este sentido, es muy famosa la frase contenida en una carta que Albert Einstein (1879-1955) escribió el 4 de diciembre de 1926 al físico Max Born (1882-1970):
«Ninguna cantidad de experimentación puede probar definitivamente que tengo razón; pero un solo experimento puede probar que estoy equivocado».
En resumen, la experiencia nunca puede servir para confirmar una teoría científica, sino que solo puede demolerla; en esto radica el rigor del método científico.
Lo que se considera científico e inexpugnable hoy en día, quizás algún día haga sonreír a los científicos; la historia de la ciencia nos lo sugiere: todas aquellas teorías sobre la composición y el comportamiento de la naturaleza que alguna vez se consideraron válidas hoy se consideran incorrectas.
Dicho esto, en este documento se argumenta que existe un sistema diferente de todos los considerados hasta ahora para combatir el calentamiento global. Sin embargo, la humanidad no puede poner en práctica este sistema si antes no toma conciencia de la completa inexactitud de la versión del Segundo Principio de Termodinámica compartida por la mayoría de la comunidad científica.
A continuación, se incluye un resumen del análisis que realicé sobre la inexactitud del Principio mencionado anteriormente, un recorrido que comencé durante la licenciatura en Física y que ha continuado durante más de cincuenta años hasta la actualidad.
El lector promedio no se debe preocupar de que el tema científico que aquí se debate le impida comprender el contenido de esta memoria, ya que no hay ecuaciones y el texto se ha redactado de tal forma que lo entienda cualquier persona con una capacidad normal para usar la lógica.
Capitulo 2 – Introducción
A primera vista, la idea de abordar el calentamiento global mediante la termodinámica puede parecer extraña o absurda, pero cualquiera que lea detenidamente este documento comprenderá que esta idea no solo es sensata, sino también adecuada para garantizar buenos resultados.
Poco a poco entramos de lleno en la cuestión, comenzando a recordar que los Padres Fundadores de la teoría del calor son esencialmente dos:
El físico británico William Thomson, más tarde Lord Kelvin (1824–1907) y el físico alemán Rudolf Julius Emanuel Clausius (1822–1888).
La teoría del calor desarrollada por ellos se divide en dos partes: 1) el Primer Principio de la Termodinámica, sobre el cual no hay duda, ya que se basa en un «experimento crucial» (o Experimentum Crucis) llevado a cabo en 1847 por el erudito británico James Prescott Joule (1818-1889); 2) el Segundo Principio de la Termodinámica, caracterizado por el hecho de que no se basa en un experimento crucial, sino solo en la observación simplista de que en la naturaleza el calor siempre se desplaza desde los cuerpos más calientes hacia los menos calientes.
Partiendo de dicha observación, los Padres Fundadores basaron en la segunda parte de la teoría del calor (el Segundo Principio de la Termodinámica) una propuesta que consideraron indiscutible (lo que se define como axioma), que luego fue compartida por la comunidad científica.
Con el tiempo, los académicos, los científicos, los autores de libros de texto sobre termodinámica, etc., desarrollaron varias versiones diferentes de este axioma.
La comunidad científica considera estas diferentes versiones del axioma como equivalentes, por lo que, en lo sucesivo, hablaremos con frecuencia de «axioma» sin especificar el autor.
Sin embargo, recordemos cuáles son las versiones principales del axioma.
En 1851, KELVIN publicó una memoria titulada «On the Dynamical Theory of Heat, with numerical results deduced from Mr. Joule’s equivalent of thermal unit, and M. Regnault’s observations on steam», (Transactions of the Royal Society of Edinburg, March, 1851 and Phil. Mag. IV, 1852)
Esta memoria se puede encontrar en la siguiente dirección web:
https://www3.nd.edu/~powers/ame.20231/kelvin1851.pdf
En esta memoria, KELVIN expresa su versión del axioma:
«Es imposible, por medio de un agente material inanimado, obtener un efecto mecánico de ninguna porción de materia enfriándola por debajo de la temperatura del objeto más frío del entorno»
En cambio, el axioma adoptado por CLAUSIUS es el siguiente:
«El calor nunca puede pasar de un cuerpo más frío a uno más caliente sin que se produzcan otros cambios relacionados con este al mismo tiempo».
Este axioma se expresa en un artículo publicado en alemán en 1854, que luego se publicó en inglés en 1856 con el título «On a modified Form of the second Fundamental Theorem in the Mechanical Theory of Heat» – (The London, Edinburg and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science [Fourth Series] August 1856).
Esta traducción se puede consultar, de forma gratuita, en la siguiente dirección web:
www.biodiversitylibrary.org/item/20044#page/95/mode/1up
Fue el propio KELVIN quien afirmó (en su memoria) la equivalencia de su axioma con el de CLAUSIUS.
De particular interés es el axioma expresado en 1903 por el gran físico alemán Karl Ernst Ludwig Planck (1858-1947):
«Es imposible construir una máquina que, operando en un ciclo, produzca otro efecto que el levantamiento de un peso y el enfriamiento de una fuente de calor».
Este axioma se incluye en la obra de PLANCK: «Treatise on Thermodynamics», Longmans, Green, and Co, London, 1903.
En particular, aquí consideramos la versión traducida al inglés de esta obra, Ed. Dover Publications, Inc., quinta edición de 1917, página 89, que se puede encontrar en el siguiente enlace:
https://archive.org/details/in.ernet.dli.2015.154233
La comunidad científica también ha aceptado el axioma combinado de Kelvin-Planck:
«No es posible ningún proceso cuyo único resultado sea absorber el calor de una fuente y transformar dicho calor en trabajo».
Como se puede intuir, estas propuestas parecen diseñadas para no percibir de inmediato el brutal concepto que expresan en esencia:
«Es imposible construir una máquina térmica capaz de absorber el calor de un cuerpo y convertirla en trabajo mecánico, a pesar de que carezca de un disipador de calor (o radiador de calor)».
Esta máquina térmica absorbería calor y lo convertiría en trabajo sin liberar calor a un disipador de calor y, por lo tanto, tendría un rendimiento del 100 %.
En resumen, según el axioma, el hombre no podría construir una máquina térmica sin el disipador de calor, o bien una máquina térmica con un rendimiento del 100 %.
Para simplificar el análisis, estamos de acuerdo en que el axioma se expresa en la brutal propuesta anterior.
Si observamos que no es un axioma relacionado con los fenómenos naturales, sino una afirmación apodíctica que impone un límite al perfeccionamiento que el género humano puede aportar a la tecnología de las máquinas térmicas, solo podemos reconocer que, al establecerla, los Padres Fundadores realizaron un cambio real con respecto a lo que proporciona el Método Científico.
Por lo general, es la ciencia la que condiciona lo que se puede lograr tecnológicamente, pero los Padres Fundadores decidieron hacer lo contrario: la tecnología de la segunda mitad del siglo XIX tuvo que condicionar la teoría de una parte de la teoría del calor para los siglos futuros.
Sin temor a la negación, se puede afirmar que este fue un primer error de enfoque (por lo tanto, de lógica) cometido por los Padres Fundadores.
Debemos dar un pequeño paso atrás para comprender las razones que llevaron a la formulación del axioma y recordar que, antes del experimento crucial de JOULE, la comunidad científica creía en la teoría calórica, según la cual el calor era un fluido intangible, invisible e inmutable en cantidad, que producía trabajo solo cuando fluía de una temperatura más alta a una más baja mientras atravesaba una máquina térmica.
Según esta teoría, era necesario suministrar dos temperaturas a la máquina térmica para que el calórico fluyera a través de ella.
Cuando el experimento crucial de JOULE demostró lo erróneo de la teoría calórica, los Padres Fundadores tuvieron que crear la teoría actual del calor y lo hicieron haciendo el mínimo cambio posible a la teoría calórica. Por lo tanto, continuaron creyendo que era necesario disponer de dos temperaturas para que una máquina térmica comenzara a funcionar.
Solo se introdujo un cambio: el calor ya no se mantenía estable en cantidad (como aseguraba la antigua teoría calórica), sino que, a medida que se movía de cuerpos calientes a cuerpos menos calientes, atravesando la máquina térmica, disminuía en cantidad para compensar el trabajo producido.
El punto fundamental que debemos comprender es que los Padres Fundadores desarrollaron sus axiomas, que básicamente prevén la existencia de dos temperaturas de operación, sin conocer el efecto termoiónico, ya que se descubrió después de su muerte. Por lo tanto, no pudieron concebir la idea de que una máquina térmica podría aprovechar cualquier temperatura ambiente como una temperatura más alta para evaporar espontáneamente los electrones, mientras que es posible (como veremos) que la temperatura de operación más baja se cree por sí misma debido al efecto de la evaporación de los electrones.
La siguiente Figura 1 constituye una herramienta útil para comprender cuál es el límite impuesto por el axioma a las mejoras tecnológicas que se pueden realizar en los motores térmicos.
Fig. 1
La figura 1 representa la sección de un hipotético motor térmico Et, que absorbe continuamente calor (Q) de un cuerpo esférico que lo rodea, generando constantemente trabajo mecánico fuera de dicho cuerpo esférico a través de un sistema de biela y manivela. A modo de ejemplo, la temperatura del cuerpo esférico (la fuente de calor) es de 1000 °C y constante a lo largo del tiempo.
Como se puede observar, no hay disipador de calor (o radiador) y, por lo tanto, la máquina Et, si existiera y funcionara de forma continua, aprovecharía por completo el calor absorbido por la fuente caliente a 1000 °C y lo convertiría integralmente en trabajo mecánico: tendría un rendimiento exactamente igual al 100 %.
A esta máquina térmica se le ha dado el nombre despectivo de «Móvil perpetuo de segunda especie». Despectivo, porque es de sobra conocido que el movimiento perpetuo es imposible.
Utilizando términos que ahora no se consideran como exactamente correctos, se puede decir que esta máquina térmica solo usaría la «temperatura» de la fuente caliente, no la «diferencia de temperatura» entre la fuente caliente y un disipador de calor (que, de hecho, no está presente).
Esto último es el funcionamiento de todas las máquinas térmicas comunes que producen trabajo mecánico, las cuales requieren dos temperaturas de funcionamiento, de acuerdo con el Segundo Principio de la Termodinámica. Este principio establece que una máquina térmica solo puede funcionar si está construida de tal manera que absorba el calor de una «fuente» (de calor) y libere parte de este calor a un «disipador» (de calor), como se representa esquemáticamente en la siguiente Figura 2.
Fig. 2
En la Figura 2, la máquina térmica A funciona sobre la base del Segundo Principio de la Termodinámica: esta absorbe la cantidad de calor +Qs de la fuente caliente (source), libera una parte de este calor –Qa al disipador de calor (heat sink) y convierte la diferencia en el trabajo mecánico La.
Hay dos consecuencias inevitables del funcionamiento de acuerdo con este Principio: 1) una máquina térmica siempre debe tener un disipador de calor; 2) entre la fuente caliente y el disipador de calor siempre debe haber una diferencia de temperatura antes de que la máquina comience a funcionar, de lo contrario, no puede comenzar a absorber calor y, por lo tanto, no puede comenzar a convertir este calor absorbido en trabajo mecánico; asimismo, dicha diferencia de temperatura debe mantenerse artificialmente también durante el funcionamiento.
La comunidad científica, basándose en el principio mencionado, no considera posible que la diferencia de temperatura entre la fuente caliente y el disipador de calor sea causada por el trabajo producido por la máquina térmica; o lo que es lo mismo: no se cree que la diferencia de temperatura entre la fuente caliente y el disipador de calor sea el efecto del trabajo mecánico producido por la máquina.
El axioma parece estar basado en la siguiente intuición: si la temperatura de la máquina Et es exactamente la misma que la del entorno circundante, la falta de una diferencia de temperatura (aunque sea infinitesimal) no puede provocar la entrada de calor de la fuente hacia Et y ninguna cantidad de calor puede escapar de Et y dirigirse hacia el disipador de calor, ya que este componente no está presente.
Por lo tanto, de acuerdo con el concepto compartido en la actualidad por la comunidad científica, este tipo de máquina no puede existir, ya que no puede convertir en trabajo mecánico una cantidad de calor que no puede entrar ni escapar de esta.
¡Atención! A veces la intuición es engañosa.
Como decíamos, el axioma tenía sentido en la segunda mitad del siglo XIX, ya que en esa época no se habían comprendido completamente las implicaciones tecnológicas del fenómeno físico conocido como «efecto termoiónico»: la propiedad del electrón libre de ser expulsado espontáneamente de un metal a causa de su temperatura (no de una diferencia de temperatura).
Si los Padres Fundadores hubieran tenido en cuenta estos conocimientos, lo más probable es que no hubieran adoptado el axioma anterior.
Desafortunadamente, las aplicaciones de la propiedad que posee el electrón libre para ser expulsado espontáneamente de la superficie de un metal (las válvulas termoiónicas denominadas «diodo» y «triodo») se llevaron a cabo a principios del siglo XX (1904-1906).
Además, la idea de aprovechar la emisión espontánea de los electrones para obtener electricidad se presentó hace más de un siglo, en 1915 (W. Schlichter, «Die spontane Elektronenemission glühender Metalle und das glühelektrische Element», Ann. Phys., vol. 352, no. 13, pp. 573-640, 1915), cuando la teoría del calor concebida por los Padres Fundadores había sido aceptada por la comunidad científica.
Es cierto que en los últimos años algunos investigadores han creado y publicado memorias relacionadas con dispositivos basados en las propiedades del electrón que contradicen el axioma.
Por ejemplo, el diodo no polarizado de vacío neumático de Xu Yelin en 1988; el diodo no polarizado de estado sólido de Xu Yelin, Jiang Ling y Xu Qlang entre 2000 y 2004 con 10 solicitudes de patentes presentadas por la Academia de Ciencias de China en Pekín; posteriormente, la batería de grafeno de carga automática de Zihan Xu (Universidad de Tecnología de Hong Kong – Departamento de Física Aplicada y Centro de Investigación de Materiales – Nanjing – China); Guan Tai (como anteriormente, pero también el Laboratorio Estatal de Mecánica y Control de Estructuras Mecánicas – Nanjing – China); Yungang Zhou y Fei Gao (Laboratorio Nacional del Pacífico Noroeste de Washington – EE. UU.); y Kin Hung Wond (Universidad de Tecnología de Hong Kong – Departamento de Física Aplicada y Centro de Investigación de Materiales – Nanjing – China en 2012);
Dichos dispositivos son capaces de generar corriente eléctrica de intensidad suficientemente alta para aplicaciones tecnológicas de práctica utilidad.
Sin embargo, es de sobra conocida la renuencia de los científicos a abandonar un principio de física que ha sido aceptado después de un número incalculable de diatribas y, por lo tanto, no es sorprendente que estos resultados no fueran suficientes para convencer a la comunidad científica de aceptar la idea de que se rechazara el axioma.
Capitulo 3 – Verificación del error de la segunda ley de la termodinámica
El hecho de que toda la teoría relacionada con el Segundo Principio de la Termodinámica es errónea se puede comprobar fácilmente de dos maneras diferentes.
La primera forma de hacerlo es constatar experimentalmente que el axioma utilizado como fundamento del Segundo Principio de la Termodinámica no tiene validez general, ya que se puede construir y hacer funcionar al menos un sistema que lo contradice.
Este sistema se basa en la emisión espontánea de electrones por parte de los metales (el efecto termoiónico).
El experimento que puede llevarse a cabo utilizando este fenómeno natural demuestra la inexactitud del axioma que en 1851-1854 se estableció como fundamento de la teoría del principio mencionado.
Debido a su facilidad, el experimento se puede realizar en laboratorios educativos, como los de algún instituto técnico de electrónica.
Si no queda satisfecho con el resultado del experimento, puede usar un método diferente para convencerse de la inexactitud de la teoría relacionada con el Segundo Principio de la Termodinámica.
De acuerdo con esta otra modalidad, partimos de la suposición de que el axioma es verdadero. A continuación, un análisis crítico del razonamiento de los Padres Fundadores permite comprobar (con consideraciones elementales de lógica fácilmente comprensibles por cualquiera) que son erróneos los razonamientos que dieron lugar a la teoría del principio mencionado sobre la base de la verdad del axioma.
En los siguientes párrafos se describirán estas dos formas diferentes de constatar la inexactitud del Segundo Principio de la Termodinámica.
Si la comunidad científica adquiriera estos conocimientos, debería considerar la modificación total de la teoría relacionada con el Segundo Principio de la Termodinámica, partiendo de axiomas completamente diferentes con respecto a los considerados hasta ahora.
Capitolo 4 – ¿Cómo puede ser útil la determinación de la incorrección de la segunda ley de la termodinámica para combatir el calentamiento global?
El fenómeno del calentamiento global está estrechamente relacionado con el problema energético, el cual, a su vez, está estrechamente relacionado con el axioma fundamental de la versión actual del Segundo Principio de la Termodinámica, así como con la demostración (lamentablemente incorrecta) de un teorema fundamental de esta teoría: el teorema de Carnot.
Incidentalmente, debe tenerse en cuenta que la importancia (aunque negativa) de este teorema, si fuese válido, sería la de imponer un límite al valor del rendimiento máximo obtenible de las máquinas térmicas que producen trabajo mecánico. Un corolario del teorema de Carnot nos permitiría cuantificar en qué medida el rendimiento máximo teóricamente obtenible de una máquina térmica debería ser inferior al 100 %: el rendimiento que debería permanecer siempre muy por debajo del 100 %, estableciéndose entre el 30 y el 50 %, incluso para las máquinas térmicas ideales.
Volviendo a la cuestión, parece cada vez más claro que la principal causa del calentamiento global consiste en la liberación de dióxido de carbono a la atmósfera y que la combustión de carburantes para obtener energía contribuye de manera considerable a dicha liberación.
Las denominadas «energías alternativas» podrían reducir este tipo de liberación, pero está claro que no todas estas energías alternativas impiden la liberación de dióxido de carbono a la atmósfera, ya que muchas de ellas requieren la combustión de algún tipo de combustible.
Hay otro aspecto fundamental de la cuestión que se debe considerar: las mentes de los científicos, ingenieros, políticos y el resto de la sociedad están condicionadas por una idea fundamental, aunque errónea: la creencia de que para obtener energía es necesario consumir o transformar irreversiblemente algo; por ejemplo, la transformación de sustancias químicas que reaccionan entre sí; el consumo de un combustible; la transformación nuclear de uno o más elementos naturales radiactivos; la alteración de un gran territorio para obtener energía hidráulica, etc.
Incluso la energía solar consume algo: el suelo, ya que obliga a ocupar de forma perenne grandes espacios para instalar paneles solares, mientras que la energía eólica ejerce un impacto visual y sonoro significativo.
En resumen, de una forma u otra, cada una de estas formas de producir energía causa alguna consecuencia «irreversible».
La idea de la irreversibilidad está estrechamente vinculada a la segunda parte de la teoría del calor desarrollada por los Padres Fundadores: aquella en la que todos los fenómenos naturales (sin excluir ninguno) se consideran irreversibles (un concepto que se derivó directamente del axioma, como veremos más tarde).
La idea de la irreversibilidad también está vinculada (¡que los lectores no se asusten!) al consecuente principio del aumento de la entropía, del cual hablaremos en breve de una manera muy simple e intuitiva.
En la actualidad, es fácil encontrarse con una persona erudita que, hablando en términos generales del estado de la Tierra, mencione el principio del aumento de la entropía.
Al citar este principio físico, el interlocutor erudito pretende referirse a la irreversibilidad de los fenómenos naturales, que «aumentan el desorden de las cosas», un concepto que los científicos vinculan al aumento de una magnitud llamada «entropía».
Se preguntarán los lectores en qué consistirá esta entropía.
La entropía es una magnitud física que fue definida en la segunda mitad del siglo XIX por los Padres Fundadores de la teoría del calor, partiendo del teorema de Carnot.
Por lo tanto, si fuera cierto (como se argumenta aquí) que el axioma no tiene validez general y que también la demostración del teorema de Carnot se ve afectada por varios errores lógicos, implicaría que el principio del aumento de la entropía también podría ser erróneo o no del todo correcto.
Pero las consecuencias prácticas sobre el destino de la entropía que se derivan de los argumentos anteriores les importan muy poco a la mayoría de las personas, que, en cambio, están muy preocupadas por el calentamiento global.
Dicho todo esto, podemos empezar a comprender cómo y por qué la constatación de la inexactitud del Segundo Principio de la Termodinámica puede permitirnos combatir el calentamiento global.
Tomando nota de la inexactitud del axioma y de los errores contenidos en el teorema de Carnot, resulta imposible, para los físicos teóricos, excluir que la humanidad pueda construir el motor térmico prohibido por el axioma (el motor sin disipador térmico), el cual daría acceso a la «auténtica energía alternativa inagotable y no contaminante», cuya «producción» no implicaría la liberación de dióxido de carbono a la atmósfera.
Para mayor claridad: si el axioma, el teorema de Carnot y el principio de aumento de la entropía son incorrectos, es posible diseñar y construir el motor térmico sin el disipador de calor. Este motor podría funcionar sin necesidad de dos fuentes de calor con diferentes temperaturas, necesitando un solo cuerpo que tenga una «temperatura cualquiera», que podría ser la temperatura del entorno terrestre en el que se ubica la máquina.
Este motor permitiría «aprovechar» esa energía presente en cualquier lugar de la Tierra y del Universo, que se compone de la suma de las energías vibratorias inagotables que posee cada átomo o molécula del mundo material (para obtener más información, basta con buscar en Internet «movimientos brownianos»).
Si la comunidad científica tomara nota de los errores mencionados, la idea de que la energía puede ser «producida» (un concepto que implica la aparición de algún tipo de subproducto que deba eliminarse del medio ambiente) sería errónea. En cambio, la idea de que es posible «aprovechar» o «interceptar» la energía que se encuentra en circulación constante comenzaría a tener sentido, sin que este aprovechamiento implique la liberación de ningún tipo de gas en la atmósfera.
En última instancia, si la comunidad científica reconociera la inexactitud del Segundo Principio de la Termodinámica, los responsables de las industrias de la microelectrónica podrían autorizar la planificación de estudios y experimentos sobre generadores de corriente eléctrica compuestos por una serie de «obleas» de silicio, que tengan superficies tratadas según el procedimiento inventado por el físico chino Xu Yelin y descrito en las solicitudes de patente depositadas por el Instituto de Biofísica, Academia de Ciencias de China, Pekín.
Si dichos estudios fueran exitosos, tendríamos la posibilidad de combatir el calentamiento global de una manera mucho más eficiente que los paliativos actualmente implementados por los distintos países, dado que este tipo de generador de corriente eléctrica extraería la energía correspondiente de los movimientos vibratorios que agitan el conjunto de átomos y moléculas que conforman el medio ambiente de la tierra, lo que podríamos llamar el «calor ambiental» (un concepto que hoy se considera no científico).
Hoy en día, sin embargo, las industrias de la microelectrónica no pueden llevar a cabo estudios y experimentos de este tipo, ya que cualquiera que muestre la iniciativa de proponerlos, al menos correría el riesgo de ser ridiculizado o incluso vetado. Efectivamente, cualquier científico rechazaría su iniciativa sin apelación.
Capitulo 5 – Experimento que muestra la erroneidad del axioma del segundo principio de termodinamica
Este párrafo describe los fundamentos de un experimento basado en el efecto termoiónico, que demuestra que el axioma básico de la teoría relacionada con el Segundo Principio de la Termodinámica no tiene validez general.
La idea básica de este experimento se debe a varios científicos, investigadores y académicos, que han llevado a cabo experimentos y han depositado patentes relacionadas con sistemas basados en el efecto termoiónico. Estas ideas se han hecho públicas en los últimos años (1988, 2000, 2012 y 2017).
A continuación, se explicará cómo llevar a cabo una versión simplificada del experimento realizado por el autor y descrito en su libro electrónico «Unfished Book on the Energy of the Environment» («Libro inacabado sobre energía ambiental») – haga clic en el siguiente enlace para leer el primer 10% del libro de forma gratuita.
Antes de ilustrar el funcionamiento de este experimento basado en el efecto termoiónico, primero debemos recordar cómo funcionan las válvulas termoiónicas (los dispositivos utilizados desde principios del siglo XX para la construcción de transmisores o receptores de radio, radares, televisores, etc.). Estas válvulas termoiónicas se componen de un tubo de vidrio (por esto también se les llama «tubos termoiónicos») sellado herméticamente y vaciado de aire, así como por varios electrodos internos. Véase la Figura 3.
Fig. 3 – Válvula termoiónica 3Q4 y diagrama de cableado correspondiente
En su uso normal, los electrodos de una válvula termoiónica funcionan con electricidad para realizar las funciones previstas.
Uno de estos electrodos (el filamento) se fabrica con materiales metálicos tratados de tal manera que le proporcionan la propiedad de emitir un flujo constante de electrones desde la superficie.
Otro electrodo (la placa) se fabrica con materiales metálicos que no pueden emitir flujos constantes de electrones desde la superficie. Este electrodo sirve para atraer y capturar los electrones emitidos por el filamento.
Otro electrodo que no puede emitir flujos de electrones constantes es la rejilla de control; se interpone entre el filamento y la placa y, durante el funcionamiento normal, sirve para controlar (o variar) el flujo de electrones capturados por la placa.
Algunas válvulas electrónicas (como la de la Figura 3) disponen de dos o incluso de tres rejillas intermedias entre el filamento y la placa, para realizar funciones que no interesan aquí.
Para que una válvula termoiónica desarrolle las funciones para las cuales se ha diseñado (funcionamiento normal), su filamento debe hacerse incandescente, lo que se logra haciendo pasar una corriente eléctrica por el filamento. Cuanto mayor es la temperatura del filamento, mayor es el flujo de electrones que sale de su superficie.
Sin embargo, no hay un límite de temperatura inferior por debajo del cual la emisión de electrones se detiene por completo; cuanto más desciende la temperatura, más se reduce la emisión electrónica de la superficie metálica por la que un metal emite un flujo (aunque sea pequeño) de electrones incluso a una temperatura ambiente de 20 °C. Precisamente el experimento se basa en esta propiedad aquí descrita.
Por lo tanto, aunque el filamento no se alimente con una corriente eléctrica (por lo que el filamento permanece frío) y la rejilla y la placa no estén conectadas a una fuente de alimentación eléctrica, el filamento seguirá emitiendo cierto flujo de electrones en el interior de la válvula vacía.
Dicho esto, aquí se propone hacer funcionar estas válvulas termoiónicas de forma completamente anormal: sin suministrarles de ninguna manera corriente eléctrica y más bien convirtiéndolas en generadores de corriente eléctrica. La temperatura de los filamentos aumenta al calentar las válvulas.
Por tanto, incluso en estas condiciones, los electrones libres son «lanzados» espontáneamente lejos del filamento, pero ¿de dónde proviene la energía necesaria para producir esta expulsión?
Como ya se ha mencionado, la energía necesaria para expulsar un electrón libre de la superficie de un metal proviene de movimientos vibratorios microscópicos que agitan de forma continua y caótica (véanse los «movimientos brownianos») los átomos y moléculas que componen el metal.
Consideremos un solo electrón libre que se encuentra justo debajo de la superficie del filamento metálico de una válvula termoiónica. Dicho electrón sufre continuamente colisiones aleatorias de los átomos metálicos que lo rodean, ya que vibran caóticamente en todas las direcciones. Las características de estas colisiones aleatorias vienen determinadas solo por la temperatura media del metal.
A veces sucede que las vibraciones de los átomos se suman a la colisión con un electrón libre en particular, proporcionándole suficiente energía como para permitirle saltar fuera de la superficie metálica. Cuando esto sucede, el filamento pierde una cantidad muy pequeña de energía y, por lo tanto, sus átomos se agitan con menos intensidad y el filamento se enfría, aunque muy poco.
Estos conceptos no son el resultado de una teoría desarrollada por el autor, sino que son la realidad física de la emisión electrónica resultante de los experimentos realizados y reconocidos por la comunidad científica.
Los electrones salen en todas las direcciones desde el filamento y, dado que algunos de ellos pueden dirigirse hacia la rejilla y/o la placa, cierta fracción de estos electrones puede caer en estos electrodos, aunque no estén conectados a un generador eléctrico.
La rejilla y la placa están cargadas de electrones, los cuales tienen una carga notoriamente negativa, por lo que estos electrodos toman cargas eléctricas negativas; el filamento, por otro lado, se vuelve positivo.
Pero la carga negativa de cada uno de estos dos electrodos contrarrestará la captura adicional de electrones, ya que las cargas eléctricas de igual signo se repelen entre sí y, por lo tanto, en la rejilla y en la placa se crea un equilibrio eléctrico que es «estático»; este equilibrio se corresponde con cierta diferencia de potencial eléctrico (tensión) entre la rejilla y el filamento y otro valor de tensión entre la placa y el filamento.
El equilibrio es de tipo estático, ya que los movimientos de todos los electrones permanecen bloqueados: los electrones capturados (y bloqueados) en la rejilla y en la placa bloquean, con su carga eléctrica negativa, la entrada de otros electrones lanzados del filamento.
Observamos que, en tales condiciones de equilibrio eléctrico estático, todo el sistema se encuentra a la misma temperatura, absolutamente idéntica para todos los componentes de la válvula termoiónica: la temperatura del entorno circundante.
(Para aquellos que no están familiarizados con la electricidad, se debe tener en cuenta que una «resistencia» es, por ejemplo, ese componente de una estufa eléctrica que se calienta cuando lo atraviesa la electricidad.
Si en tales condiciones de equilibrio estático se conecta una resistencia entre la placa y el filamento, así como otra resistencia entre la rejilla y el filamento, como en la siguiente Figura 4, se destruye el equilibrio estático, por lo que los voltajes que se habían creado previamente en la rejilla y en la placa empiezan a provocar el flujo de electrones (que generan corriente eléctrica) a través de las resistencias correspondientes.
Fig. 4
El hecho de que una parte de los electrones capturados por la rejilla o la placa fluya lejos de ellos y atraviese las resistencias, disminuye el voltaje eléctrico con el que se han cargado cada uno de estos dos electrodos. Dado que este menor valor de voltaje determina un menor campo eléctrico de repulsión para los electrones que provienen del filamento, otros electrones emitidos por el filamento pueden penetrar nuevamente la rejilla y la placa.
Así se crea inicialmente un doble flujo de electrones: el primero a través de las resistencias y el segundo en el vacío, entre el filamento y los dos electrodos (rejilla y placa). Hemos dicho inicialmente, pero ¿qué condiciones deben ocurrir para que estos flujos de electrones permanezcan constantes en el tiempo?
Para responder a esta pregunta, conviene recordar que la energía necesaria para expulsar un electrón del filamento es proporcionada por los movimientos caóticos microscópicos de los átomos y las moléculas del filamento, mientras que la energía promedio de los átomos y las moléculas del filamento es proporcional a su temperatura. Por tanto, si la energía promedio del filamento disminuye, ya que emite electrones, la temperatura promedio del filamento también debe disminuir y, en consecuencia, también debe disminuir el flujo de electrones que emite.
Por consiguiente, para que la temperatura del filamento no disminuya demasiado, debe recibir calor. Entonces, la pregunta que nos hicimos anteriormente se convierte en otra: ¿de dónde puede proceder este calor para que los flujos de electrones permanezcan constantes en el tiempo?
Para responder a esta otra pregunta, observamos que, si los electrones impactan en la rejilla y la placa con cierta velocidad, dichos impactos tienden a calentar la rejilla y la placa, pero ¿en qué medida?
Si la combinación del calentamiento de la rejilla y la placa pudiera compensar exactamente el enfriamiento del filamento, la temperatura interna de la válvula termoiónica permanecería en promedio constante e igual a la temperatura ambiente inicial. Esto implicaría la detención (tarde o temprano) de los flujos de electrones, ya que, de lo contrario, se violaría el principio de conservación de la energía.
Efectivamente, si la corriente eléctrica continúa fluyendo por las resistencias, la energía térmica que estas dispersarían en el medio ambiente provendría de la nada.
Pero existe la esperanza de que el enfriamiento que sufre el filamento sea mayor (en valor absoluto) que el conjunto del calentamiento sufrido por la rejilla y la placa.
Como se ha mencionado anteriormente, la rejilla y la placa están cargadas de electrones y el campo eléctrico generado por estos ralentiza el movimiento de los electrones que se dirigen a estos dos electrodos procedentes del filamento. Por lo tanto, la energía cinética de los electrones que logran penetrar en la rejilla y la placa es mucho menor (son menos rápidos) que cuando dejaron el filamento, por lo que su impacto en la rejilla y la placa debe causar un ligero calentamiento.
Esto significa que cuando las resistencias se conectan, la temperatura del filamento debe disminuir en mayor medida que el calentamiento de la rejilla y la placa; en general, el enfriamiento debe prevalecer en el interior de la válvula termoiónica.
El descenso de calor del filamento debe causar una disminución de la temperatura promedio dentro de la válvula con respecto a la del ambiente y esto puede permitir que el calor fluya espontáneamente desde el ambiente hacia el interior de la válvula termoiónica, con el resultado de que las corrientes eléctricas puedan seguir fluyendo a través de las resistencias.
Sin embargo, la temperatura dentro de la válvula no puede disminuir sin límites. En efecto, el aumento progresivo en la diferencia de temperatura entre el exterior y el interior de la válvula hace aumentar el flujo de calor proveniente del ambiente que se dirige hacia el interior de la válvula, de modo que en cierto punto la temperatura interna de la válvula debe estabilizarse a un valor inferior al de la temperatura ambiente.
En realidad, en este sistema se deben crear varias temperaturas: una en el filamento, otra en la rejilla y, finalmente, la última en la placa.
Estas dos últimas temperaturas, diferentes entre sí y diferentes de la temperatura ambiente, no pueden ser la «causa» de las corrientes eléctricas que fluyen en las resistencias, sino que deben ser el «efecto» de dichas corrientes.
Estas diferencias de temperatura no existen «antes» de que el sistema comience a producir corriente eléctrica, sino que se forman «después» de que el sistema haya comenzado a funcionar por sí solo.
¡Esta es la revolución copernicana que puede resultar del éxito del experimento!
El error que se ha mantenido hasta ahora es creer que una máquina térmica nunca puede absorber el calor y convertirlo en trabajo mecánico, si inicialmente no conectamos la máquina a dos cuerpos materiales con temperaturas diferentes antes de que comience a funcionar y si no mantenemos esta diferencia de temperatura durante todo el período de funcionamiento.
El sistema descrito anteriormente, por otro lado, si funcionara de acuerdo con la descripción, se convertiría en una máquina térmica que hace fluir la corriente eléctrica dentro de las resistencias, funcionando precisamente de manera opuesta a todas las máquinas que funcionan sobre la base del Segundo Principio de la Termodinámica: es cierto que la máquina necesitaría una «fuente de calor», que estaría formada por el entorno circundante, no obstante, la máquina no funcionaría gracias a una diferencia de temperatura que existe antes de que la máquina comience a funcionar.
Esta máquina térmica especial estaría desprovista de un disipador de calor, el cual, para las máquinas que funcionan sobre la base del Segundo Principio de la Termodinámica, debe estar presente tanto antes como durante el funcionamiento de la máquina para garantizar la existencia de la temperatura más baja.
Al contrario, la máquina térmica especial mencionada podría generar la temperatura más baja por sí sola, que se manifestaría después de que el sistema comenzara a generar corriente eléctrica.
Lo que estamos imaginando sería una máquina térmica revolucionaria.
Tendríamos un sistema que permite que la corriente eléctrica fluya a través de las resistencias (las cuales se calentarían), aunque ninguna de sus partes esté alimentada por un generador eléctrico, y en el que la corriente eléctrica que fluiría a través de las resistencias se generaría únicamente gracias a la «temperatura» del filamento y no a una «diferencia de temperatura» preexistente.
La energía que dispersarían las resistencias en el entorno no provendría de la nada y no se violaría el Principio de Conservación de la Energía.
En última instancia, la energía térmica «circularía» de forma continua según el siguiente recorrido: Entorno → Filamento → Resistencias → Entorno (nuevamente) y así sucesivamente.
Para concebir un experimento realmente factible basado en estas premisas, se debe simplificar la construcción eliminando, por ejemplo, la resistencia conectada a la placa. Asimismo, para aumentar el voltaje de salida, se puede conectar en serie cierto número de tuberías del mismo tipo, tal como se representa gráficamente en la Figura 5.
Fig. 5 Fig. 1
Si ahora comparamos la Figura 1 con la Figura 5, notamos que las dos máquinas tienen una configuración idéntica.
Ambas carecen del disipador de calor y la única diferencia es que la primera produciría energía mecánica, mientras que la otra generaría electricidad, haciendo circular la corriente eléctrica I por la resistencia de carga R.
La máquina de la Figura 1 es la prohibida por el axioma, mientras que la Figura 5 representa la que realmente podría existir si el experimento descrito funcionara de la manera indicada anteriormente.
Capítulo 6 – Resultados del experimento descrito en el libro electrónico
Antes de exponer el procedimiento a seguir para realizar un sencillo experimento que demuestra la inexactitud del axioma, es aconsejable tener en cuenta los resultados obtenidos con el experimento descrito en el libro electrónico indicado anteriormente.
Aunque este experimento presentara algunas anomalías con respecto a lo que se esperaba encontrar, su resultado fue positivo: el voltaje que se desarrolló a través de la resistencia de carga conectada en paralelo a las válvulas termoiónicas y al voltímetro electrónico se mantuvo siempre distinta de cero y alcanzó valores pequeños, pero significativos. Además, este voltaje variaba considerablemente a medida que cambiaba la temperatura del horno.
La siguiente Figura 6 muestra dos diagramas típicos de voltaje/temperatura obtenidos durante las diversas repeticiones del experimento. Obsérvese en el gráfico de la derecha la curva de enfriamiento, resaltada con los puntos triangulares.
Fig. 6
Las anomalías encontradas son las siguientes:
- Para temperaturas relativamente bajas (por debajo de 200≈300 °C), el voltaje desarrollado a través de la resistencia de carga, en lugar de asumir un valor negativo (como se esperaba), mostraba a veces valores positivos. Los valores negativos esperados asumían el control establemente a temperaturas más altas;
- A temperaturas relativamente bajas, se observaron fluctuaciones en los valores de voltaje medidos a medida que aumentaba la temperatura;
- La repetición del experimento en los días siguientes no produjo los mismos valores de voltaje, con la misma temperatura, aunque no se cambiara nada en el sistema;
La existencia de estos comportamientos inesperados no implica que el experimento no sea repetible y significativo.
Hay pocos criterios que se deben considerar para determinar si el experimento es repetible y significativo.
- En primer lugar, debe garantizarse que el voltaje desarrollado a través de la resistencia de carga venga determinado solo por las válvulas termoiónicas y no por otros elementos extraños. Para tener esta certeza, todas las conexiones eléctricas entre el sistema y el voltímetro electrónico se han protegido y conectado a tierra. – Para evitar que el efecto termoeléctrico (o efecto Seebeck) generara voltajes, se utilizaron conductores del mismo metal (Plata) tanto para las conexiones internas entre un pentodo y otro, como para la conexión del voltímetro electrónico externo a la serie de tubos termoiónicos. Por otro lado, el efecto termoeléctrico no puede generar primero voltajes positivos y luego voltajes negativos;
- A continuación, hay que asegurarse de que el valor del voltaje sea una función de la temperatura del horno. Este hecho lo demostraron las medidas. El hecho de que el voltaje variara fuertemente al variar la temperatura proporcionaba una garantía adicional de que los voltajes medidos no dependían de las interferencias eléctricas;
- Además, debe garantizarse que los voltajes medidos no dependan de la presencia de los elementos naturales radiactivos que a veces se introducen en el filamento para favorecer la emisión de electrones. Dado que la radiactividad no está influenciada por temperaturas del orden de 500 °C, el hecho de que el valor del voltaje medido dependiera de la temperatura ha demostrado que el voltaje no puede haber sido generado por los elementos radiactivos naturales incorporados en el filamento;
- Por último (criterio determinante), es necesario verificar que el voltaje desarrollado a través de la resistencia de carga es distinto de cero (ya sea negativo o positivo). El hecho de que el voltaje desarrollado a través de la resistencia asuma valores mínimos no puede implicar que el experimento no demuestre la incorrección del axioma. Si el axioma tuviera validez general, el voltaje presente en la resistencia de carga siempre debería mantenerse igual a cero a cualquier temperatura. Por el contrario, el experimento ha demostrado que este voltaje nunca ha sido igual a cero, aunque haya asumido valores mínimos, como milésimas, centésimas o incluso décimas de voltios para temperaturas cercanas a 500 °C,
«Para un espíritu teórico, una millonésima es como un millón, significa que no es cero, ¿de dónde viene?», de esta forma el físico Roberto Germano expresa este concepto en la página 151 de su libro «AQUA – L’acqua elettromagnetica e le sue mirabolanti avventure» (traducción libre: «AGUA – El agua electromagnética y sus increíbles aventuras»), Ed Bibliopolis, 2006.
Es cierto que, en la transición de positivo a negativo, el voltaje realmente existente en los extremos de la resistencia de carga necesariamente debe haber asumido el valor cero, pero se ha visto por experiencia que esta transición siempre ha sido muy rápida al variar la temperatura y, el valor cero, previsto por la teoría de los Padres Fundadores, ha sido el más inestable de todos los valores medidos a temperaturas suficientemente altas.
Por puro tuciorismo, podríamos formular algunas hipótesis para explicar los comportamientos inesperados mencionados, por ejemplo, que podrían ser el resultado del impacto de los electrones emitidos por el filamento con residuos de gas presentes dentro de las válvulas termoiónicas, las cuales, de hecho, nunca se vacían de aire por completo.
Pero debemos tener en cuenta que el concepto de «anomalía» debe tener poco significado en la ciencia en lo que respecto a los experimentos. La naturaleza no siempre se comporta como las teorías actuales lo pretenden.
Por ejemplo, si un experimento hipotético realizado por varios experimentadores independientes demostrara, sin lugar a dudas, que un evento que se produce en la Tierra provoca otro evento en la Luna con un intervalo de tiempo igual a cero, no sería lícito rechazar a priori la validez del experimento, justificando la negación con la violación de la teoría de la relatividad de Einstein, según la cual este intervalo de tiempo debería ser superior a un segundo.
El siguiente enlace le permite ver el video del esperimento (Nuova Verifica…) . En cada página, es conveniente hacer clic en el botón “PAUSA” para tener tiempo de leer el texto que contiene.
https://www.youtube.com/channel/UCJj0yC24yVCBqpWJJ1_RhIw
Capitulo 7 – La inxactitud de la teoría relativa al segundo principio de la termodinámica: Los errores lógicos
Introducción
Como se ha mencionado, no solo se puede llevar a cabo un experimento que demuestre que el axioma básico de la teoría relacionada con el Segundo Principio de la Termodinámica no tiene validez universal, sino que se puede demostrar que existen numerosos errores lógicos en los razonamientos que dieron lugar a esta teoría a partir del axioma.
La demostración completa de dichos errores se puede encontrar en el libro electrónico mencionado antes. Es el resultado de un análisis crítico de las principales memorias publicadas en la segunda mitad del siglo XIX por los dos Padres Fundadores de la teoría dinámica del calor: William Thomson, más tarde, Lord Kelvin (1824–1907) y Rudolf Julius Emmanuel Clausius (1822–1888).
En el libro electrónico se destaca el hecho de que los mismos errores también se encuentran en los libros de texto de física de la actualidad y, por lo tanto, las generaciones modernas de estudiantes se ven obligadas a aprender nociones parcialmente incorrectas sobre la segunda parte de la teoría del calor.
El análisis crítico contenido en el libro electrónico se concibió de tal manera que fuera comprensible para cualquiera, incluso para aquellos que no tengan un buen conocimiento de matemáticas y física, ya que los errores destacados son de lógica.
A continuación, se presenta un resumen simplificado de dicho análisis crítico, que permitirá a los lectores apreciar la existencia real de los errores mencionados sin tener que consultar el libro electrónico.
Para entrar en el tema de los errores presentes en la segunda parte de la teoría clásica del calor, cabe recordar que en la segunda mitad del siglo XIX no se conocía la composición de los átomos y, por lo tanto, no se podían imaginar las consecuencias tecnológicas de la propiedad de los electrones libres al ser expulsados de la superficie de los metales a causa de la temperatura.
Por lo tanto, ningún científico de esa época tuvo la posibilidad de darse cuenta de que los Padres Fundadores habían introducido un axioma que se podía contradecir con un experimento.
En lo que respecta a la mayoría de los errores de lógica que el autor atribuye a los Padres Fundadores, ya los detectaban los eruditos de la segunda mitad del siglo XIX, por lo que resulta incomprensible el hecho de que incluso los científicos modernos siguieran sin apreciarlos, con la única excepción de aquellos racionalistas desconocidos que se dedican a la creación de una termodinámica racional.
Capitulo 7.1 – El esquema del teorema de Carnot
Antes de describir los errores lógicos mencionados, cabe recordar cómo idearon los Padres Fundadores la demostración del teorema de Carnot, que condujo la teoría del Segundo Principio de la Termodinámica a una condición de total confusión e irracionalidad.
En este párrafo, se expone un resumen del razonamiento que generalmente se usa para demostrar el teorema de Carnot, mientras que en los párrafos siguientes se destacarán los errores que hacen que la demostración de este teorema sea inaceptable.
Para simplificar este resumen, consideraremos la demostración del teorema de Carnot según el esquema ideado por KELVIN, descrito en su memoria de 1851.
Debe tenerse en cuenta que la demostración del teorema de Carnot según el esquema ideado por CLAUSIUS (incluido en su memoria de 1854) también se ve afectada por los mismos errores, como se explica en el libro electrónico mencionado.
La demostración del teorema de Carnot según el esquema de KELVIN se lleva a cabo a través de una demostración por reducción al absurdo, donde el absurdo consistiría en la violación del axioma ideado por el propio KELVIN:
«Es imposible, por medio de un agente material inanimado, obtener un efecto mecánico de ninguna porción de materia enfriándola por debajo de la temperatura del objeto más frío del entorno».
En términos más simples, el absurdo consistiría en la existencia de una máquina térmica que absorbe el calor y produce trabajo, aunque no disponga de disipador de calor (el objeto más frío del entorno). Esta máquina también se conoce como «Móvil perpetuo de segunda especie».
El razonamiento relacionado con la demostración del teorema de Carnot, según el esquema KELVIN, prevé la existencia de dos fuentes de calor, una caliente (el horno) y otra fría (compuesta por el disipador de calor). Asimismo, se prevé la presencia de una primera máquina térmica ideal que funciona entre estas dos temperaturas, donde cada transformación que tiene lugar en esta máquina es reversible, por lo que esta máquina (Rev) es reversible en general.
A continuación, se prevé la existencia de otra máquina térmica no ideal o «cualquiera», siempre funcionando entre las mismas temperaturas que antes, donde, sin embargo, algunas transformaciones que tienen lugar en esta otra máquina son irreversibles, por lo que esta máquina (Irr) es en general irreversible.
Dado que la primera máquina (Rev) es reversible, puede funcionar de forma invertida (como un refrigerador), por lo que absorbe parte del trabajo mecánico que se consume para trasladar el calor del cuerpo frío (el disipador de calor) al caliente (el horno); la máquina irreversible (Irr), por otro lado, funciona normalmente, como un motor, por lo tanto, toma el calor del cuerpo caliente, devuelve una parte al disipador de calor y transforma la diferencia en trabajo mecánico.
A continuación, se prevé que estas dos máquinas estén conectadas entre sí para funcionar en contraposición: el trabajo producido por la máquina irreversible se usa para hacer que la reversible funcione como un refrigerador.
En este punto, el razonamiento requiere que se formule la siguiente hipótesis:
«Existe una máquina irreversible que es más eficiente que la máquina reversible».
La siguiente Figura 7 muestra el sistema de las dos máquinas contrapuestas dimensionadas de tal manera que se respete la hipótesis.
Fig. 7
Como se muestra en la Figura 7, si la máquina irreversible (Irr) tuviera un mayor rendimiento que la reversible (Rev), la combinación de estas dos máquinas podría producir el trabajo mecánico útil (Lu) a expensas del calor extraído (atención, no cedido) por el disipador (el objeto más frío del entorno), el cual se enfriaría aún más.
Efectivamente, como se observa en la figura, la cantidad de calor +Qb que la máquina Rev extraería de la fuente fría T1 (el disipador de calor) sería mayor (en valor absoluto), respecto de la cantidad de calor –Qa, que la máquina Irr cedería al propio disipador; en total, el disipador de calor estaría sujeto a la eliminación continua de calor y se enfriaría cada vez más.
Este enfriamiento constante del disipador sería (según los teóricos) un absurdo, ya que representaría precisamente lo que prohíbe el axioma.
Por lo tanto, este tipo de razonamiento conduce a los teóricos a concluir que esta máquina compleja no puede existir, ya que permitiría violar el sagrado axioma.
Sin embargo, dado que la existencia de una máquina tan compleja solo sería posible si existiera una máquina irreversible más eficiente que una reversible, el razonamiento concluye afirmando que la máquina irreversible no puede ser más eficiente que la máquina reversible.
¡Atención! Al llegar a esta conclusión, termina la demostración por reducción al absurdo.
¡Pero para los teóricos esta conclusión no es suficiente! Efectivamente, si el razonamiento ilustrado hasta ahora fuera aceptable (pero veremos que no lo es por algunos motivos), solo se habría demostrado que una máquina irreversible no puede ser más eficiente que una reversible (con las mismas temperaturas de funcionamiento), pero esto no puede excluir que la máquina irreversible pueda ser tan eficiente como la reversible.
Sin embargo, como ya se ha mencionado, los teóricos no pueden aceptar esta posibilidad, ya que los obligaría a renunciar al concepto fundamental que comparten sobre el Segundo Principio de la Termodinámica: la presencia de irreversibilidad en un motor térmico hace disminuir siempre su rendimiento.
Para llegar a la conclusión deseada en cualquier caso, los teóricos deben fingir que la demostración por el absurdo aún no ha terminado, por lo que añaden que la igualdad de eficiencia es válida solo cuando la máquina irreversible se vuelve reversible.
Estos argumentos no son aceptables por las siguientes razones.
Capitulo 7.2 – El segundo error lógico de enfoque
Anteriormente hemos afirmado que los Padres Fundadores cometieron un primer error de lógica cuando decidieron que la tecnología de la segunda mitad del siglo XIX debería condicionar la segunda parte de la teoría del calor para todos los siglos futuros.
Un segundo error lógico cometido por los Padres Fundadores fue derivar del axioma el concepto de que ciertos fenómenos naturales (o ciertas transformaciones) son irreversibles.
KELVIN introdujo este error de enfoque en la teoría relacionada con el Segundo Principio de la Termodinámica en una memoria publicada en 1852, titulada «On a Universal Tendency in Nature to the Dissipation of Mechanical Energy», donde modificó y perfeccionó su idea sobre el concepto de «irreversibilidad».
Esta publicación se puede leer de forma gratuita accediendo al siguiente enlace:
https://www3.nd.edu/~powers/ame.20231/kelvin1852.pdf
En esta memoria, KELVIN proporciona una indicación clara de cuáles serían las transformaciones irreversibles o disipativas como consecuencia necesaria del axioma. KELVIN escribe, de hecho (p. 511-512):
«Las siguientes proposiciones están redactadas con referencia a la disipación de energía mecánica de una reserva determinada y el restablecimiento a su condición original. Son consecuencias necesarias [nota bene – ed.] del axioma: «Es imposible, por medio de agentes materiales inanimados, obtener un efecto mecánico de una porción de materia enfriándola por debajo del objeto más frío del entorno».
- Cuando el calor es creado por un proceso reversible (de modo que la energía mecánica así consumida se pueda restablecer a su condición original), también hay una transferencia de un cuerpo frío a uno caliente de una cantidad de calor vinculada a la cantidad creada, una proporción definida según las temperaturas de los dos cuerpos.
- Cuando el calor es creado por un proceso irreversible (como la fricción), hay una disipación de energía mecánica y el restablecimiento total a la condición original es imposible.
III. Cuando el calor se difunde por conducción, hay una disipación de energía mecánica y el restablecimiento total es imposible».
Incluso en los libros de texto modernos de termodinámica, se encuentra este error de enfoque y esto proporciona una primera prueba de cómo la comunidad científica todavía comparte los errores de los Padres Fundadores.
Es fácil explicar por qué el concepto de irreversibilidad de ciertas transformaciones naturales del axioma es un error lógico: el axioma es el punto de partida para fundar una nueva teoría (que reemplace la obsoleta teoría calórica) sobre cierto comportamiento del calor, pero debemos considerar el hecho de que el axioma elegido no se refiere al comportamiento del calor en la naturaleza, sino que impone un límite a las tecnologías que puede desarrollar la humanidad.
Por lo tanto, si ciertas transformaciones naturales se definen como irreversibles como consecuencia necesaria de tal axioma, se combinan dos entidades conceptuales no homogéneas: transformaciones irreversibles a las que la naturaleza nunca podrá hacer frente y transformaciones que la humanidad no puede revertir usando las tecnologías permitidas por los conocimientos científicos actuales.
Aceptar aún en la actualidad esta combinación de conceptos no homogéneos sigue sembrando confusión en la teoría basada en el axioma, ya que las capacidades tecnológicas del hombre relacionadas con el axioma se mantuvieron en la segunda mitad del siglo XIX, mientras que en los 160 años siguientes el progreso de la ciencia ha logrado tecnologías muy avanzadas.
Esta distinción nunca se ha expresado en la teoría relacionada con el Segundo Principio de la Termodinámica, dado que todas las transformaciones que tienen lugar realmente (tanto naturales como las causadas por el hombre) se han considerado irreversibles, incluida la conducción del calor.
La siguiente consideración nos hace comprender por qué era necesario introducir esta distinción: no hay duda de que la naturaleza no puede revertir la conducción del calor, según la definición de irreversibilidad que se comparte hoy en día, pero si hubiera una máquina de movimiento perpetuo de segunda especie, un físico o un ingeniero podría usar este tipo de máquina para revertir esta transformación sin producir ningún cambio en el resto del universo.
Como veremos en el próximo capítulo, este error de enfoque determina una de las razones por las cuales la tesis que los teóricos quisieran demostrar para el teorema de Carnot no es realmente viable.
Captulo 7.3 – Primera rasón de la inaceptabilidad de la demostración del teorema de Carnot: el uso múltiple del axioma
Haciendo referencia al contenido del párrafo anterior, observamos que el axioma se usa varias veces en la demostración del teorema de Carnot: una primera vez (implícitamente) para establecer que las transformaciones que componen una primera máquina son reversibles; una segunda vez (implícitamente) para definir que las transformaciones que conforman la segunda máquina son irreversibles; una tercera vez (explícitamente) para declarar que la máquina compleja descrita no puede existir porque permitiría violar el axioma.
Sin embargo, no es lícito, en un razonamiento determinado, recurrir al mismo axioma varias veces para extraer deducciones subsiguientes. La aplicación múltiple de un axioma en el mismo razonamiento permite demostrar tautológicamente cualquier proposición.
Capitulo 7.4 – Segunda razón de inaceptabilidad de la demostración del teorema de Carnot: La imposibilidad de usar la demostrazión por el absurbo
Comenzamos a observar que en la prueba del teorema de Carnot se detecta un uso no permitido de la demostración por el absurdo. Este tipo de demostración se basa en el principio (aristotélico) del tercero excluido (en latín: Tertium non datur).
Los matemáticos de la segunda mitad del siglo XIX no cuestionaron el uso de dicho principio, cuando los Padres Fundadores idearon la teoría del calor. Esta refutación la presentaron más tarde, a principios del siglo XX, matemáticos constructivistas, como los matemáticos intuicionistas, con Luitzen Egbertus Jan Brouwer (1881-1966) a la cabeza, cuando la comunidad científica había aceptado la teoría del calor creada por los Padres Fundadores.
Véase, por ejemplo, la siguiente obra de Arend Heyting «Intuitionism; an Introduction», North Holland Publishing Company – Amsterdam-London, 1966.
El principio del tercero excluido solo puede aplicarse cuando en el sistema se consideran dos (y solo dos) casos contradictorios. Si se reconoce que uno de los dos casos es absurdo o imposible, la única posibilidad que queda (¡tertium non datur!) es que el caso contrario sea cierto.
En realidad, en el sistema físico relacionado con el teorema de Carnot hay tres casos posibles. Efectivamente, la eficiencia de una máquina térmica puede ser mayor, igual o menor que otra.
En conclusión, en presencia de tres casos posibles, el principio del tercero excluido no puede utilizarse para extraer del teorema de Carnot la conclusión deseada por los teóricos, ya que no es lógicamente posible concebir un único opuesto de dos casos diferentes.
Capitulo 7.5 – Tercera razón de inaceptabilidad de la demostración del teorema de Carnot: La Hipótesis reductiva
Como señalamos anteriormente, los teóricos han adoptado la siguiente hipótesis «reductiva» para continuar usando el principio del tercero excluido en la demostración del teorema de Carnot: existe una máquina térmica irreversible que es más eficiente que otra reversible que funciona entre las mismas temperaturas.
Los teóricos han adoptado esta hipótesis reductiva para forzar la demostración del teorema de Carnot hacia la conclusión que deseaban.
Sin embargo, razonando correctamente, puede entenderse que esta hipótesis reductiva no puede permitir llegar a la conclusión deseada por los teóricos, es decir, una que sería completamente coherente con el concepto fundamental implícito en la versión actualmente compartida del Segundo Principio de la Termodinámica: la presencia de irreversibilidad en las transformaciones que se producen en un motor térmico hace disminuir su eficiencia, en comparación con el caso en que las transformaciones son reversibles.
La proposición que los teóricos desearían poder afirmar, con el fin de permanecer adherentes al concepto codiciado mencionado, es la siguiente:
«Ninguna máquina térmica puede ser más eficiente o igual de eficiente que una máquina reversible».
Como se ha afirmado, la hipótesis reductiva permitió a los teóricos usar el principio del tercero excluido en la demostración del teorema de Carnot, así como eliminar (momentáneamente) el tercer caso: aquel en el que el motor térmico irreversible tiene una eficiencia igual a la de un motor térmico reversible.
Pero, en realidad, este tercer caso no puede eliminarse indefinidamente, si se desea demostrar la tesis deseada por los teóricos y, en tal caso, para poder afirmar que esta tesis es verdadera, se argumenta, de forma tardía, que la igualdad de eficiencia solo se obtiene cuando el motor térmico irreversible se vuelve reversible.
Esta argumentación, además de ser tardía, es tautológica y, por lo tanto, insostenible. En efecto, una vez que en esta demostración por el absurdo la hipótesis ha producido la contradicción, finaliza la demostración, y la consideración de que la igualdad de eficiencia solo es válida cuando el motor térmico irreversible se vuelve reversible es una tautología que no puede transformar la conclusión que aparentemente se puede extraer de este razonamiento:
«La máquina (cualquiera) irreversible no puede ser más eficiente que la máquina reversible».
en la conclusión que desearían los teóricos:
«Ninguna máquina térmica puede ser más eficiente o igual de eficiente que una máquina reversible».
Capitulo 7.6 – Cuarta razón de inaceptabilidad de la demostración del teorema de Carnot: El razonamiento es incompleto
Volvamos a la Figura 7, que se muestra aquí por conveniencia.
(Fig. 7)
Observando la figura, recordemos que los teóricos consideran que las dos máquinas térmicas contrapuestas pueden comenzar a funcionar solo si hay dos fuentes de calor, o bien dos cuerpos ideales capaces de mantener constantes sus temperaturas correspondientes, aunque estén sujetos a intercambios de calor: la fuente (source) a temperatura T2 y el disipador de calor (heat sink) a temperatura T1.
Sobre todo, recordemos que los teóricos creen que la condición representada por la figura es físicamente imposible, ya que el sistema de las dos máquinas contrapuestas produciría un trabajo mecánico útil (Lu), absorbiendo la cantidad equivalente de calor (-Qa +Qb) del disipador de calor (el objeto más frío del entorno), lo cual viola el axioma.
Ahora se puede objetar que los teóricos que usan el esquema de KELVIN interrumpen prematuramente la demostración del teorema de Carnot desde el momento en que es posible introducir una «resistencia térmica» entre la fuente caliente y el disipador de calor; con este cambio, desaparece el absurdo que viola el axioma de KELVIN, como resulta evidente al observar la siguiente Figura 8.
Fig. 8
En la Figura 8, se ha introducido una resistencia térmica (thermal resistance) entre la fuente caliente (source) y el disipador de calor (heat sink); la resistencia térmica se ha calibrado y mantenido en su lugar para eliminar la cantidad exacta de calor +QL = –Qa + Qb y transferirla al disipador de calor, donde dicha cantidad de calor cambia de signo algebraico (siendo calor cedido) y se convierte en –QL = –Qb + Qa. Esta cantidad de calor cancela el equilibrio de calor del disipador.
La introducción de la resistencia térmica no impide que las dos máquinas contrapuestas continúen funcionando como antes.
Pero ahora ya no es el disipador de calor el que tiene que proporcionar el calor necesario para producir el trabajo mecánico útil Lu (evento que constituía el absurdo) y, por lo tanto, el axioma de KELVIN ya no se viola.
Con esta variante, la demostración por el absurdo del teorema de Carnot con el esquema y el axioma de KELVIN ya no puede completarse (falta el absurdo).
Los teóricos podrían oponerse a un primer argumento para sostener que no se puede introducir una resistencia térmica: la introducción posterior de la resistencia térmica sería equivalente a «cambiar las cartas durante el juego».
Pero dicho argumento es inviable, dado que el calor que atraviesa la resistencia térmica no altera las transformaciones que tienen lugar en las dos máquinas.
Los teóricos podrían rechazar un segundo argumento: la resistencia térmica introduce un fenómeno irreversible (la conducción de calor) en el sistema. Pero también esta objeción es ineficaz por dos razones:
1) Si consideramos el caso en que la resistencia térmica se introduce «después» de haber concluido la demostración por el absurdo, los teóricos no pueden rechazar este argumento, ya que han establecido que la conducción de calor es irreversible como consecuencia inmediata del axioma, por lo que recurrirían al axioma por segunda vez, puesto que ya lo han usado por primera vez para efectuar la demostración.
2) Si consideramos el caso en que la resistencia térmica se incluye en el sistema al principio, no se puede recurrir al axioma, ya que el equilibrio térmico del disipador de calor se mantiene nulo de forma permanente.
En definitiva, «al completar» la demostración que los teóricos dejaron incompleta, el teorema de Carnot ya no es demostrable.
Capitulo 7.7 – Conclusiones sobre la versión clásica del teorema de Carnot
En conclusión, los teóricos «creen» que han demostrado la tesis del teorema de Carnot que ellos desean, pero solo se trata de una ilusión.
Si, en cambio, hubieran sido los matemáticos constructivistas los que se hubieran encargado del teorema de Carnot, podría apostar a que estarían de acuerdo en creer que los diversos errores lógicos contenidos en los razonamientos hacen inviable la demostración de los teóricos, y que estos no han demostrado nada sobre el máximo rendimiento teórico posible de un motor térmico que funciona entre dos temperaturas.
Capitulo 8 – La reversibilidad de la conducción de calore para el género umano
Como hemos visto, al axioma se le ha otorgado una doble validez: no solo se ha considerado que prohibía la existencia de una máquina de movimiento perpetuo de segunda especie, sino que también se creía que la conducción de calor es un fenómeno natural irreversible como consecuencia inmediata del propio axioma.
La conducción de calor siempre es irreversible para la naturaleza, pero esto no es necesariamente cierto para el género humano.
En efecto, si hubiera una máquina térmica que funcionara sin disipador de calor (una máquina de movimiento perpetuo de segunda especie), un ingeniero o un físico podría usarla para revertir el fenómeno natural de la conducción de calor, respetando la definición de reversibilidad actualmente compartida.
La siguiente Figura 9 ilustra la secuencia de operaciones que podrían realizarse con una máquina de movimiento perpetuo de segunda especie, con el fin de revertir el fenómeno de la conducción de calor.
Fig. 9
En la Figura 9 (SEC I), el cuerpo C se encuentra inicialmente en contacto con la fuente caliente, a continuación, el cuerpo se desplaza repentinamente hacia el disipador de calor (SEC II) y luego se produce el fenómeno de la conducción de calor.
Posteriormente, una máquina de movimiento perpetuo de segunda especie calienta el cuerpo C nuevamente a través de un convertidor que transforma el trabajo en calor (SEC III), el cual funciona por fricción viscosa (VFC). Este tipo de fricción transforma integralmente el trabajo en calor.
Cuando el cuerpo C alcanza nuevamente la temperatura de la fuente caliente, puede volver a ponerse en contacto con esta (SEC IV) y la inversión se logra sin alterar nada en el resto del universo.
Solo el hombre podría realizar la inversión del fenómeno de la conducción de calor de esta manera. La naturaleza, ciertamente, es incapaz de crear la oposición exacta de dos máquinas térmicas contrapuestas con el fin de crear, en conjunto, una máquina de movimiento perpetuo de segunda especie.
Capitulo 9 – La version moderna del segundo principio de la termodinámica
Algunos de los autores más cualificados de libros de texto sobre termodinámica siguen un método mucho más elaborado, en comparación con el clásico de los Padres Fundadores, para explicar a los alumnos el principio del aumento de la entropía.
Probablemente, estos autores usan este sofisticado sistema porque se han dado cuenta de algunas de las incoherencias contenidas en las diversas demostraciones clásicas del teorema de Carnot.
Sigamos, por ejemplo, el procedimiento utilizado por Mark W. Zemansky y Richard H. Dittman en su texto universitario titulado «Heat and Thermodynamics», McGraw Hill Publishing Company, 1981.
El método adoptado por estos autores, para introducir y explicar el principio del aumento de la entropía, está diseñado de la siguiente manera:
Al principio se presenta el axioma Kelvin-Planck (p. 147):
«No es posible ningún proceso cuyo único resultado sea absorber el calor de una fuente y transformar dicho calor en trabajo».
Luego se introduce un axioma atribuido a Clausius (p. 153):
«No es posible ningún proceso cuyo único resultado sea el de transferir calor de un cuerpo frío a uno más caliente.»
Prestemos atención al hecho de que este no es exactamente el axioma adoptado originalmente por Clausius, ya que fue lo siguiente:
«El calor nunca puede pasar de un cuerpo más frío a uno más caliente sin que se produzcan otros cambios relacionados con este al mismo tiempo».
A continuación (p. 153), los autores presentan un argumento que pretende demostrar que el axioma Kelvin-Planck es equivalente al de Clausius.
En el siguiente párrafo 7-1 (p. 158), los autores explican el concepto de los «entornos locales» de un sistema, que están compuestos por mecanismos y fuentes de calor que interactúan directamente con el sistema; a continuación, intentan proporcionar la definición de una entidad conocida como «el resto del universo», que incluiría:
«Otros dispositivos mecánicos y reservas de calor que son accesibles y que podrían interactuar con el sistema formado por los entornos locales del sistema o, mejor dicho, con el resto del universo».
También en el Capítulo 7-1 (p. 159), se presenta la definición de fenómeno reversible:
«Un proceso reversible es aquel que tiene lugar de tal manera que, al final del proceso, tanto el sistema como los entornos locales pueden restablecerse a su estado inicial, sin producir ningún cambio en el resto del universo».
Para ser más claros, podemos explicitar esta proposición de la siguiente manera:
«Un proceso reversible es aquel que tiene lugar de tal manera que, al final del proceso, tanto el sistema como los entornos locales pueden restablecerse a su estado inicial, sin producir ningún cambio en ningún dispositivo mecánico y en ninguna fuente de calor».
Al analizar cuidadosamente la secuencia de definiciones anterior, queda claro que incluso para estos autores la definición de reversibilidad surge como una consecuencia inmediata del axioma.
De hecho, estos autores no obtienen la definición de proceso reversible como consecuencia de desarrollos teóricos derivados del axioma, sino que introducen esta definición antes de desarrollar esta teoría.
Finalmente, los autores presentan (p. 167) la demostración por el absurdo de un teorema que, de ser válido, sería preliminar para la definición de la función de la entropía.
Dado que la objeción que está por plantearse a esta demostración es lógica, no es muy importante que el lector de este resumen comprenda todos los detalles y significados de las variables matemáticas involucradas en el razonamiento de los autores; bastará con que observe que el axioma se usa dos veces seguidas en la demostración.
Los autores desean demostrar la siguiente tesis:
«Ambos estados f1 y f2 no se pueden alcanzar, partiendo del punto i, a través de procesos reversibles adiabáticos».
Para demostrar esta tesis usando el principio del tercero excluido, los autores formulan la hipótesis opuesta de la tesis: ambos estados f1 y f2 se pueden alcanzar, partiendo del punto i, a través de procesos reversibles adiabáticos».
Luego elaboran el razonamiento por el absurdo que termina con la observación de que la hipótesis avanzada conduce a una condición que «… viola el enunciado de Kelvin-Planck».
Dado que, según los autores, esto es un «absurdo», concluyen que la hipótesis avanzada es imposible, por lo que lo opuesto a la hipótesis debe ser cierto: la tesis debe ser cierta.
Si ahora analizamos la secuencia de estos argumentos, nos damos cuenta de que el axioma se ha usado dos veces seguidas: se ha utilizado (implícitamente) una primera vez para definir el proceso adiabático reversible y una segunda vez (explícitamente) para invocar el absurdo y, por lo tanto, no es lícito seguir recurriendo a este razonamiento invocando el mismo axioma nuevamente para extraer una deducción subsiguiente.
Esta es la primera razón por la cual la demostración anterior no puede considerarse satisfactoria.
Sin embargo, nuestro análisis crítico de la demostración anterior aún no ha terminado, ya que es evidente que el razonamiento presentado por los autores no es satisfactorio por una segunda razón: está incompleto.
Es cierto que, si la hipótesis fuera cierta, se violaría el axioma Kelvin-Planck, pero los autores han demostrado que este axioma es equivalente al axioma de CLAUSIUS.
Por lo tanto, la hipótesis llevaría finalmente a violar el axioma de CLAUSIUS:
«El calor nunca puede pasar de un cuerpo más frío a uno más caliente sin que se produzcan otros cambios relacionados con este al mismo tiempo».
En última instancia, la hipótesis determinaría el paso del calor de un cuerpo frío a uno más caliente sin ninguna compensación.
Pero se puede argumentar que los autores no han considerado todas las posibilidades y que su razonamiento se puede completar de la siguiente manera:
Si una cantidad de calor ha pasado de un cuerpo frío a uno caliente, es posible devolver todo este calor al cuerpo frío por sí solo, mediante el fenómeno natural de la conducción del calor.
Al introducir durante cierto tiempo entre un cuerpo caliente y uno frío una «resistencia térmica», todo el calor que había pasado del cuerpo frío al cuerpo caliente regresaría al frío por sí mismo y la situación volvería a ser exactamente igual a la de partida, «sin que se produjera ningún otro cambio relacionado con este al mismo tiempo», con lo cual el axioma de CLAUSIUS ya no se violaría.
Los teóricos no pueden afirmar que la resistencia térmica no se puede introducir, ya que esto es equivalente a introducir una transformación irreversible en el sistema: usarían el axioma por segunda vez.
En efecto, el axioma se usó por primera vez para finalizar la demostración y, por lo tanto, no es lícito continuar con ese razonamiento invocando el mismo axioma nuevamente para extraer una deducción posterior; el uso del mismo axioma varias veces en un razonamiento permite la demostración tautológica de cualquier proposición.
En conclusión, no se puede considerar que con razonamientos similares a los utilizados por los autores se pueda demostrar, con absoluta certeza, la tesis de un teorema fundamental para toda la teoría sobre el Segundo Principio de la Termodinámica, un teorema que, de ser válido, sería preparatorio para demostrar la existencia de una función llamada entropía y, en consecuencia, para el principio del aumento de la entropía.
Capitolo 10 – Consideraciones generales
Resumiendo los conceptos anteriores, llegamos a la conclusión de que la teoría clásica del Segundo Principio de la Termodinámica no es más que una construcción tautológica bien camuflada que ha engañado a generaciones de científicos.
Podemos extraer al menos una consideración general de todo lo anterior:
Dado que al axioma se le ha asignado un doble valor, no solo prohíbe la existencia de una máquina térmica de movimiento perpetuo de segunda especie, sino que también declara que la conducción de calor es una transformación «irreversible», por lo que este axioma no se puede utilizar en ninguna demostración por el absurdo de los teoremas relacionados con el Segundo Principio de la Termodinámica.
Efectivamente, todas estas demostraciones se basan sustancialmente en la concepción de un sistema en el que el calor pasa de un cuerpo frío a uno caliente sin compensación alguna, con el fin de poder invocar el axioma para establecer que dicho sistema no puede existir.
Los teóricos hasta ahora han negado la idea de introducir una resistencia térmica en el sistema para atraer todo el calor hacia el cuerpo frío por sí mismo con el argumento de que al introducir la resistencia térmica introduciría un fenómeno irreversible en el sistema.
En realidad, esta motivación se pierde si tomamos nota de las críticas expresadas anteriormente.
Dado que no hay otros impedimentos para introducir una resistencia térmica, el axioma sigue siendo en cada circunstancia una petición de principio vacía, inútil en cualquier demostración por el absurdo relacionada con el Segundo Principio de la Termodinámica.
Las consecuencias que pueden extraerse de estas reflexiones son dramáticas para la física, o más bien lo serían si la comunidad científica manifestara su intención de considerarlas.
Solo cuando esto suceda se reconocerá la necesidad de abandonar la teoría clásica del Segundo Principio de la Termodinámica. Se abriría un vacío que solo podría llenarlo algún físico-matemático racionalista; un teórico valiente, capaz de restablecer el «auténtico» segundo principio de la termodinámica sobre la base de muchos otros axiomas.
La consecuencia más importante para la humanidad se derivaría de la imposibilidad que los teóricos encontrarían para continuar argumentando que es imposible construir una máquina térmica que funcione aunque no disponga de disipador de calor (una máquina de movimiento perpetuo de segunda especie).
Pero la mayoría de la comunidad científica no parece tener ninguna intención de admitir que ha apoyado, durante más de 160 años, un principio físico tan devastador para la humanidad, sin darse cuenta de los errores triviales de lógica contenidos en la teoría de este principio.
Podemos tener pruebas claras de esta actitud retrospectiva si descubrimos que, en los últimos años (1988, 2000, 2004 y 2012), algunos científicos han concebido, construido, patentado y publicado estudios relacionados con máquinas de movimiento perpetuo de segunda especie o, en cualquier caso, dispositivos que pongan en evidencia la inexactitud del axioma: estudios que la comunidad científica no ha considerado.
En realidad, la comunidad científica, por sí misma, creó las condiciones para no poder considerar de forma inmediata publicaciones científicas tan extraordinarias.
Analicemos el comportamiento que ha tenido la comunidad científica con respecto de las publicaciones mencionadas, tomando como ejemplo la publicación de 1988: el estudio teórico y experimental que el físico chino Xu Yelin llevó a cabo en el Instituto de Biofísica de la Academia China de Ciencias de Pekín, el instituto que publicó sus memorias en 1988 con el título:
«Experimento y estudio para obtener energía de una única reserva de calor a temperatura ambiente»
Figura 10 Portada de la memoria del físico Xu Yelin
enlace al libro de Xu Yelin:
El hecho de que la Academia China hubiera publicado un estudio tan impactante debería haber representado una garantía de fiabilidad para la comunidad científica, pero no fue así.
La noticia de que un científico chino había inventado y construido un dispositivo capaz de producir electricidad usando el calor ambiental dio la vuelta al mundo y se incluyó en periódicos y programas de noticias.
Afortunadamente, pude conseguir una copia de la publicación y se la mostré a un profesor universitario conocido por su profundo conocimiento del Segundo Principio de la Termodinámica, quien inmediatamente consideró el estudio de Xu Yelin como un engaño.
No convencido de la opinión de este distinguido profesor, escribí un libro titulado «Riflessioni sulla Potenza Motrice del Calore Ambientale – e sulle macchine idonee a sviluppare questa potenza» (traducción libre: «Reflexiones sobre la potencia motriz del calor ambiental y las máquinas adecuadas para desarrollar esta potencia»), en el que incluía, entre otros, grandes extractos de la memoria de Xu Yelin.
Ninguna editorial quería publicar este libro, basándose en informes no firmados de «expertos», que rechazaron mi trabajo sobre la base de consideraciones ridículas.
En 1993, abrí una editorial llamada Astrolabium, con el único propósito de publicar (en italiano) este libro en formato de papel.
Astrolabium envió una copia gratuita del libro a todas las bibliotecas universitarias de Italia.
En los años siguientes, se vendieron numerosas copias de este libro a los asistentes de varias conferencias sobre energías alternativas a las que fui invitado como orador. En total, se vendieron unas 300 copias del libro.
La revista estadounidense «Infinite Energy» publicó el estudio completo de Xu Yelin en el número 37, Volumen 7, 2001.
Muchos años después, resumí los contenidos básicos de mi estudio sobre el Segundo Principio de la Termodinámica, incluido el estudio de Xu Yelin, expresándolos en el informe introductorio de la conferencia: «Controversias sobre la termodinámica y la vida», celebrada el 15 de diciembre de 2008 en la Universidad de Roma Tre.
El organizador de la conferencia, Vincenzo Valenzi, se encargó de promover la publicación de mi ensayo (traducido al inglés) en el sitio web del CIFA-ICEF (Comité International de Recherche et d’Etude de Facteurs de l’Ambiance).
Por lo tanto, mi ensayo se encuentra (desde 2011 hasta hoy) en el sitio web www.cifafondation.org en la sección CIFA News (n. 44, Jan-Jun 2011), con el título: «Reflections on the Second Principle of Thermodynamics».
Durante dicha conferencia, distribuí de forma gratuita un CD a todos los presentes en la sala, que contenía mi ensayo introductorio y otros archivos de soporte, incluido el informe de Xu Yelin.
En marzo de 2013, la revista Nexus New Times (edición italiana) publicó en la sección SCIENCE NEWS (p. 49) la noticia de que Philip Hardcastle había llevado a cabo un experimento muy similar al de Xu Yelin, que demuestra la inexactitud del axioma de KELVIN; cualquiera puede repetir este experimento, ya que solo se requiere una válvula termoiónica disponible en el mercado.
En marzo de 2019, publiqué nuevamente como libro electrónico en la plataforma internacional de Amazon el mismo libro publicado en formato de papel en 1993, pero esta vez en inglés, con el título «Reflections on the Motive Power of the Environmental Heat – and on the engines suitable for producing this power», que también incluye, entre otros, el estudio de Xu Yelin.
En abril de 2019, publiqué otro libro electrónico en dos idiomas diferentes, que contiene, entre otras cosas, un informe sobre un experimento que llevé a cabo en la línea del de HARDACASTLE (mencionado anteriormente), que confirmó la violación del axioma de KELVIN.
Los títulos de estos dos libros son «Libro Incompiuto sull’Energia dell’Ambiente» y «Unfinished Book on the Energy of the Evironment».
Dicho esto, ¿cuál fue la reacción de la comunidad científica frente a estos datos sobre la memoria de Xu Yelin?
La respuesta se puede resumir en pocas palabras: no hubo ninguna reacción, con una sola excepción representada por una memoria del físico Leonardo Chiatti titulada:
«Has the second Law of Thermodynamics really been violated?».
La Cornell University Library publicó esta memoria y se puede encontrar en la siguiente dirección web:
https://arxiv.org/abs/physics/0702150
Con esta memoria, este autor no cuestiona el resultado del experimento de Xu Yelin, es decir, que la corriente eléctrica fluye a través de la resistencia de carga, pero ha enmarcado el experimento en la categoría de fenómenos en «equilibrio térmico».
En realidad, en el experimento de Xu Yelin no hay equilibrio térmico, dado que el calor fluye por conducción (debido a una diferencia de temperatura) desde el entorno hacia la parte interna del dispositivo, ya que este último se enfría por sí solo al producir corriente eléctrica.
El hecho de que la corriente eléctrica atraviese la resistencia de carga no violaría el axioma, según CHIATTI, ya que el sistema estaría en equilibrio térmico; el Segundo Principio de la Termodinámica se violaría, según CHIATTI, ¡solo si el sistema estuviera en equilibrio termodinámico!
¡Como es evidente, la interpretación de CHIATTI no explica de dónde proviene la energía que calienta la resistencia de carga!
Pero, ¿cuáles son las razones por las que la comunidad científica no ha podido recibir el mensaje que le llegaba de todas partes sobre el experimento de Xu Yelin?
En esta ocasión, la comunidad científica se ha comportado como los filósofos peripatéticos, quienes, frente a los experimentos que demostraban que la naturaleza no se comportaba de acuerdo con la filosofía aristotélica, rechazaban la validez de la experiencia.
Estos hechos sugieren que la esperanza de que la comunidad científica tome nota espontáneamente de lo que se incluye en este resumen es muy vana; aunque lo leyeran los que compartieron las críticas aquí expresadas, no las harían públicas a otros colegas y fingirían que este documento no existe.
Se ha dicho anteriormente que fue la comunidad científica la que creó las condiciones para privarse de la oportunidad de tener en cuenta de inmediato los trabajos científicos que cuestionan las teorías consolidadas.
Efectivamente, la comunidad científica se ha acostumbrado a no leer, pero, sobre todo, a no tomar en serio artículos o memorias que no están sujetos al proceso de revisión por pares, ¡justo como el que está leyendo!
Esta actitud retrasa las ventajas que dichos trabajos pueden aportar a la ciencia y a la humanidad durante años y, en algunos casos, durante siglos.
Capitulo 11 – El preceso de revisión por pares
Los editores científicos apreciados por los investigadores son aquellos que someten al proceso de revisión por pares los trabajos recibidos con solicitud de publicación.
Este proceso se estableció para evitar la publicación de trabajos que contengan errores cometidos por los autores, o bien artículos que contengan fraude científico.
La tarea de evaluar los trabajos científicos se confía a algunos revisores, que son miembros de la comunidad científica que se consideran muy expertos y apreciados en el campo científico relacionado con los trabajos que se deben juzgar.
Por lo tanto, se consideran como «pares» (desde un punto de vista científico) con respecto a los autores que esperan obtener la publicación de un trabajo. Por esta razón, este proceso de selección de artículos dignos de publicación se denomina «proceso de revisión por pares».
Por lo tanto, estos grandes expertos en un campo de la ciencia, en el que se han hecho tan famosos como para recibir remuneración como revisores, deben establecer si un nuevo trabajo científico puede ser publicado o no.
Sin embargo, durante algún tiempo ha habido un debate sobre la eficacia del proceso de revisión por pares, dado que muchos científicos no están del todo satisfechos con el funcionamiento de este sistema.
Recientemente, la revista Nexus New Times publicó un notable artículo sobre este tema (Edición italiana N.º 135 – Vol. 4 Septiembre-Octubre de 2018). El artículo se titula «Il Fallimento della Revisione Paritaria in Medicina» (traducción libre: «El fracaso de la revisión por pares en medicina»), firmado por Brendan D. Murphy.
El artículo de MURPHY hace referencia a una serie de datos increíbles, respaldados por 25 citas bibliográficas sobre el mal funcionamiento del sistema actualmente en vigor de la revisión por pares. Solo presentamos un caso a título indicativo: (Richard Horton, «Genetically modified food; Consternation, confusion and crack-up», editorial invitado en The Medical Journal of Australia, 172 (4), 2000).
La cita de MURPHY de Richard Horton, editor de la revista The Lancet, es la siguiente:
«El error, por supuesto, es pensar que la revisión por pares no es más que una herramienta burda para descubrir la aceptabilidad, que no la validez, de un nuevo descubrimiento… Presentamos al público la revisión por pares como un proceso casi sagrado que contribuye a hacer de la ciencia nuestro oráculo de la verdad más objetivo. Pero sabemos que el sistema de revisión por pares es prejuicioso, injusto, poco fiable, incompleto, facilón, a menudo ofensivo, normalmente ignorante, a veces disparatado y con frecuencia erróneo».
Ante todo esto, es legítimo preguntarse: ¿qué sucedería si el nuevo trabajo que debe evaluarse convulsionara el sector científico en el que destacan estos revisores?
Sucedería que estos grandes expertos entran en conflicto de intereses: si se publicara el nuevo e impactante trabajo, correrían el riesgo de perder su estatus y, con ello, sus puestos remunerados como revisores científicos.
Si a esto añadimos que los revisores pueden ser presionados para orientar la ciencia hacia una determinada dirección y que la opinión de los revisores está protegida por el anonimato, se puede entender que es muy probable que este nuevo e impactante trabajo no se considere como válido ni lo publique la prestigiosa editorial; aunque lo publicaran editores no cualificados, la comunidad científica no lo tendría en cuenta, dado el hábito de los científicos de tomar en serio solo lo que se ha sometido al proceso de revisión por pares.
El nuevo y sorprendente trabajo científico sería considerado como «no científico» por la comunidad científica y, por lo tanto, al nivel de trabajos erróneos o fraudulentos.
Con estas premisas, ustedes que están leyendo este resumen, ¿creen por casualidad que lo podría publicar un editor cualificado?
Si así lo creen, están seguros de que la comunidad científica leerá, tarde o temprano, un trabajo escrito por el autor sobre la incorrección del Segundo Principio de la Termodinámica y cambiará rápidamente su opinión, con todas las consecuencias positivas que este hecho conllevará para todos.
Si, por otro lado, no creen que todo esto pueda suceder, podrían hacer algo con respecto a las consecuencias positivas que se han descrito anteriormente.
Capitulo 12 – ¿Qué podrián hacer?
Al comienzo de este resumen, se dijo que una comunidad de ciudadanos dispuestos a combatir el calentamiento global debería considerar la incorrección de la versión actual del Segundo Principio de la Termodinámica.
Entonces, una vez que los argumentos anteriores hayan convencido a los grupos de ciudadanos de esta incorrección, ¿qué podrían hacer para combatir el calentamiento global?
Prácticamente solo hay una forma de obtener este resultado: buscar la forma de convencer a la comunidad científica para que considere la incorrección de la versión actual del Segundo Principio de la Termodinámica. Una tarea difícil (pero no imposible), dado que casi todos los hombres de ciencia están firmemente convencidos de la validez de este principio.
Lo que podría lograr una comunidad ciudadana depende del nivel y del papel que desempeñan sus miembros en la sociedad. Algunas comunidades pueden tener miembros que forman parte de la política, la ciencia o miembros de la escuela secundaria o de la universidad (profesores y estudiantes) y así sucesivamente.
Por ejemplo, los estudiantes de secundaria o universitarios pueden pedir a los profesores de física que repitan el experimento descrito anteriormente en los laboratorios del instituto para comprobar la inexactitud del axioma de KELVIN.
En cualquier caso, cualquier iniciativa debe estar orientada a lograr un único resultado:
Crear las condiciones para que una autoridad de Estado solicite a uno o más miembros de la comunidad científica que comenten las críticas al Segundo Principio de la Termodinámica expresadas por el autor de este resumen, a través de un ensayo firmado que podría usarse en cualquier lugar institucional.
De esta forma, se comenzaría un debate que podría llevar a la comunidad científica a la decisión de hacer lo que en 160 años nunca se había hecho: someter el Segundo Principio de la Termodinámica a un experimento crucial, a un Experimentum Crucis.
Efectivamente, es cierto que existe un Segundo Principio de la Termodinámica, ¡pero el que la comunidad científica comparte en la actualidad no es el correcto!