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Añadir desorden al desorden puede reducir el desorden total

Un estudio a nivel molecular muestra un fenómeno contraintuitivo


Añadir más desorden al desorden puede reducir el desorden total. Esto, que es contraintuitivo, puede suceder a veces a nivel molecular. Así lo han comprobado científicos israelíes y eslovenos, que han combinado el desorden térmico, la entropía, con el desorden estructural, es decir, defectos en un sistema idealizado que pueden cambiar sus propiedades, entre dos sistemas de moléculas cargadas. A nivel social y económico es una propiedad que se conoce como 'antifragilidad'.





El desorden puede producir orden, en determinadas circunstancias. Imagen: Ali Naji. Fuente: IPM.
El desorden puede producir orden, en determinadas circunstancias. Imagen: Ali Naji. Fuente: IPM.
Si usted cogiera los trastos del fondo de su armario y los mezclar con la ropa sucia del suelo, tendría un follón aún mayor. Si bien este principio es probable que siempre se cumpla en nuestros dormitorios, resulta que en ciertas situaciones, los líos combinados pueden reducir el desorden total.

Un equipo internacional de investigadores de Eslovenia e Irán ha identificado un conjunto de condiciones en las que la adición de desorden a un sistema hace que esté más ordenado. Este comportamiento se conoce como antifragilidad, un concepto introducido recientemente para describir fenómenos similares en las estadísticas, la economía y las ciencias sociales.

Como explican en un artículo publicado ayer en la revista Journal of Chemical Physics, los investigadores han encontrado una interacción contraintuitiva entre dos tipos diferentes de desorden. Uno de ellos es el desorden termodinámico, o entropía. El otro es el desorden estructural: defectos en un sistema idealizado que pueden cambiar sus propiedades.

"Uno espera que los diferentes tipos de desorden se sumen entre sí para provocar el desastre definitivo al final", reconoce Ali Naji, el autor principal del artículo e investigador del Instituto de Investigación en Ciencias Fundamentales de Teherán (IPM). "Pero, sorprendentemente, nos encontramos con que en algunos casos, el trastorno estructural puede contrarrestar el trastorno térmico, haciendo que el sistema sea más ordenado", señala en la nota de prensa del American Institute of Physics -editor de la revista que publica el artículo-, recogida por EurekAlert.

La excepción identificada por los investigadores tiene que ver con la interacción entre el desorden estructural de las superficies cargadas y el desorden térmico de los fluidos de Coulomb -colecciones de partículas móviles cargadas, ya sean iones o moléculas más grandes, que interactúan entre sí-.

Caos cuántico en gas ultrafrío. Imagen: Erbium Team. Fuente: Universidad de Innsbruck.
Caos cuántico en gas ultrafrío. Imagen: Erbium Team. Fuente: Universidad de Innsbruck.
El experimento

Los científicos compararon dos tipos diferentes de superficies cargadas. En la ordenada, las cargas fueron distribuidas de manera uniforme en toda la superficie. En la desordenada, las cargas positivas y negativas se colocaron de forma aleatoria por la superficie, aunque mantuvieron sus posiciones una vez colocadas, una situación llamada "desorden en calma".

Cuando los investigadores pusieron cada una de estas superficies en contacto con un fluido de Coulomb, encontraron que los iones del líquido de Coulomb eran atraídos con más fuerza por la superficie desordenada que por la ordenada.

Sorprendentemente, cuando calcularon la entropía de ambos sistemas, se encontraron con que el sistema cargado al azar tenía una entropía más baja que la cargada uniformemente: la adición de desorden estructural se opuso a los efectos del desorden térmico del fluido de Coulomb.

Por desgracia, el resultado no va a revolucionar nuestro enfoque de la limpieza en un plazo corto de tiempo. "Esto sólo funciona para ciertos casos y bajo ciertas condiciones", explica Naji. "Descubrimos que las cargas desordenadas tienen que interactuar fuertemente con las cargas móviles del líquido de Coulomb para tener este comportamiento." Sin embargo, los investigadores esperan identificar tarde o temprano sistemas como éste en ámbitos más directamente aplicables a la vida cotidiana.

"Uno se pregunta en qué otros sistemas se podrían observar casos aún más espectaculares [de estos sistemas], que nos ayudarían a prevenir la degradación, el desorden espontáneo y el envejecimiento de los materiales, así como inculcarles robustez y capacidad de recuperación", explica Rudolf Podgornik, investigador del Instituto Jozef Stefan y de la Universidad de Ljubljana (Eslovenia), que es el co-autor principal de este trabajo. "El caos no es necesariamente malo para nosotros si sabemos cómo contrarrestarlo con un poco de desorden aplicado correctamente."

Referencia bibliográfica:

Ali Naji, Malihe Ghodrat, Haniyeh Komaie-Moghaddam y Rudolf Podgornik: Asymmetric Coulomb fluids at randomly charge dielectric interfaces: Anti-fragility, overcharging, and charge inversion. The Journal of Chemical Physics (2014). DOI: 10.1063/1.4898663.


Miércoles, 5 de Noviembre 2014
EurekAlert!/T21
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Tags : caos, entropía, orden


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