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CIENCIA Y TECNOLOGÍA

 



Dedicamos este post a describir con algo más de detalle la cosmovisión deducida de la segunda ley de la termodinámica y, especialmente, a estructurar las cuatro últimas cosmovisiones vividas por el hombre en los últimos cinco siglos. La primera es la relacionada con las leyes de la mecánica y el mecanicismo; la segunda tiene que ver con la mencionada segunda ley de la termodinámica y el concepto de entropía; la tercera, en gestación actualmente, está unida a la teoría de la relatividad y a la mecánica cuántica; y la cuarta, más bien una intuición todavía, estará relacionada, de acuerdo con mis propias ideas, con la Convergencia NBIC y la revolución de la consciencia. Sugerimos que el hombre evoluciona hacia algo mejor, superior y más consciente.


Un balance epistemológico relacionado con la segunda ley de la termodinámica. El camino de vuelta.
Otros no vemos exactamente así el proceso de descenso del hombre al que se ha hecho referencia en el post anterior, ya que junto al deterioro de la materia, que no rechazamos, existe una evolución positiva de la consciencia, y el hombre y sus sociedades avanzan en sentido contrario al de la entropía. La vida y la consciencia sobre todo, son pura “neguentropía”, y de ahí nuestro interés en estudiar en este blog las distintas interpretaciones que el hombre hace de su universo. A lo largo del siglo XX, por ejemplo, fue surgiendo entre nosotros una nueva “cosmovisión”, o interpretación general de lo que somos en la que apenas estamos entrando generalizadamente en la actualidad. Se apoya en la “mecánica cuántica”, la cual lleva visos de cambiar de nuevo todas nuestras concepciones sobre el mundo, la materia y el hombre.

Mientras tanto y a lo largo del siglo XIX, con la famosa segunda ley, con el darwinismo y quizás con el desarrollo del electromagnetismo y el descubrimiento de las ondas hertzianas, una nueva “cosmovisión” hizo aparición entre nosotros.

Antes fueron las revoluciones científica e Industrial las que dieron lugar a otra "cosmovisión" tal como ha mostrado nuestro recorrido por la Revolución Industrial y el maquinismo.

La termodinámica y sus leyes, como decimos, a la que también hemos dedicado un número importante de posts, permiten, en mi opinión, identificar una “cosmovisión” adicional.

Hemos visto, de hecho, que la termodinámica y sus leyes, así como el desarrollo de la dinámica de los gases, el atomismo y la mecánica estadística, surgen a la vez que la Revolución Industrial crece y se expande por todo el mundo. Dicha Revolución es, no obstante, parte de la concepción mecanicista anterior, la surgida de la revolución newtoniana y de la formulación de las leyes de la mecánica y el movimiento y la gravedad. De forma biunívoca y muy directa la Revolución Industrial y el maquinismo parecen ser producto de las leyes de la mecánica, pero no es fácil indicar todavía con la misma precisión el mundo real al que ha dado lugar, o está dando, la segunda ley de la termodinámica, el darwinismo y, quizá, el electromagnetismo.

Es muy probable que en términos generales las nuevas ideas hayan dado lugar a la electricidad y a sus aplicaciones, a la revolución de la información, a la digitalización, al ordenador y, dicho de forma amplia, a la Sociedad de la Información y el Conocimiento en la que nos encontramos.

Tal como ha ocurrido siempre, hay un proceso de solape entre una cosmovisión y la siguiente. Lo primero es el salto cualitativo que produce una nueva visión de nuestro universo, después una difusión lenta en la sociedad y con ello, y poco a poco, una aplicación práctica de las nuevas ideas.

Por lo que se refiere a la segunda ley de la termodinámica, la nueva concepción basada en ella se produjo hacia mediados del siglo XIX cuando todavía dominaba la cosmovisión mecanicista anterior. Su difusión tuvo lugar a lo largo de la última parte del siglo y primeros decenios del siglo XX. A partir de entonces surgen las primeras aplicaciones de la electricidad y más delante de la electrónica. La microelectrónica será el siguiente paso y a partir de ella la tecnología digital y el ordenador. Con todo ello se entra en el mundo de la información, la gran revolución del siglo XX.

Pero de nuevo, a primeros del siglo XX, surgen importantes nuevas concepciones sobre nuestro mundo: son las relacionadas con la teoría (o teorías) de la relatividad de Albert Einstein (1879 - 1955), con la física cuántica de Max Planck (1858 – 1947) de los primeros años de dicho siglo y, sobre todo, con la mecánica cuántica tal como la concibieron, ya en los años 40 y siguientes, personajes como Niels Bohr (1885 – 1962), Erwin Schrödinger (1887 – 1961), el francés Louis De Broglie (1892 – 1987), Wolfgang Pauli (1900 -1958), Max Born (1882 – 1970), Werner Heisenberg (1901 – 1976) y John von Neumann (1903 – 1957). Las aplicaciones de esta nueva interpretación de lo que somos, nosotros y nuestro universo, se están gestando en la actualidad y tendrán que ver con los ordenadores cuánticos, con la Inteligencia Artificial Fuerte y con la revolución de la consciencia.

Y hay una nueva cosmovisión en marcha, si no me equivoco, es la relacionada quizá, con la convergencia NBIC (Nano-Bio-Info-Cogno) y con la existencia de un “universo consciente”. Puede que el hombre, con todo ello, esté iniciando su camino de vuelta al pedestal.
Adolfo Castilla el Martes, 13 de Mayo 2014 a las 21:10

Después de una serie de posts dedicados al segundo principio de la termodinámica y en general a la termodinámica y sus leyes, hacemos en los dos próximos un resumen de la nueva "cosmovisión" a la que la idea de entropía y su aumento continuo ha dado lugar. En este primero hacemos referencia a la vieja idea del hombre descendiendo de un pedestal por la fuerza imparable de sus descubrimientos científicos.


Un balance epistemológico relacionado con la segunda ley de la termodinámica. El hombre comienza a descender de su pedestal.
Este no es un bog dedicado a historia de la ciencia ni exactamente a filosofía de la ciencia, aunque algunas veces se acerque a esas materias. Es más bien un blog orientado a reflexionar sobre qué son los conocimientos, a establecer cómo el hombre los ha ido creando a través de los tiempos, a ver cómo se producen sus aplicaciones y, sobre todo, a determinar cómo los descubrimientos sobre las leyes de la naturaleza y su utilización práctica nos llevan a nuevas interpretaciones sobre nuestro universo, sobre los hombres y sobre el posible sentido de su existencia.

Buscamos especialmente hacer algunas aportaciones sobre lo que llamamos “cosmovisiones”, es decir, sobre las concepciones que hemos ido teniendo y sobre las interpretaciones que hemos ido haciendo los humanos en cuanto a la naturaleza y en cuanto al hombre mismo dentro de ella como ser dotado de inteligencia, sentido del propósito y consciencia.

Todo surge en la mente del hombre que es la que imagina, concibe, interpreta, analiza y crea conocimientos. Siempre a partir de lo que el hombre recibe del exterior a través de sus sentidos y con la particularidad, o posibilidad, hoy un poco olvidada, de que la mente propiamente dicha, o su componente más profunda, la consciencia, pueda recibir información directamente a través de algo no material que no conocemos todavía.

Los avances científicos y conceptuales son siempre procesos que se repiten aproximadamente de la misma forma, que vuelven sobre sí mismos y que terminan perfeccionando la idea que tenemos de nuestro universo. No se pueden comparar, por ejemplo, los conocimientos e interpretaciones que los hombres compartimos hoy sobre nuestro mundo con los que tenían algunos hombres de, por ejemplo, el antiguo Egipto o la Babilonia de los siglos III y IV a. C.

Lo que más sorprende en relación con esta cuestión de nuevas concepciones y nuevas interpretaciones sobre nuestro universo, es que los hombres pasan de buscar la explicación de la existencia de nuestro mundo, con su orden y su belleza, en causas externas y poderes que no vemos, como Dios, a buscarlas en las propias leyes materiales endógenas de la naturaleza.

En lo que constituye la civilización occidental, por llamarla de alguna forma, el primer gran cambio en relación con esa tendencia hacia creer sólo en lo que vemos y tocamos se produjo con la Revolución Científica de los siglos XV a XVIII. Algunos autores han dicho que Copérnico (1473 - 1543) había hecho descender al hombre del pedestal en el que lo había puesto el cristianismo, según el cual La Tierra era el centro del universo y el hombre mismo estaba hecho a imagen y semejanza de Dios. Fue el primer escalón en el descenso, al que pronto siguieron otros. Las leyes de Newton y la interpretación materialista, mecánica y determinista del mundo fue el siguiente. En la primera mitad del siglo XIX surge la segunda ley de la termodinámica y con ella la idea de que el mundo evoluciona hacia peor, se degrada, se enfría y tiende a la desaparición. Lo que constituye una nueva decepción para el hombre. Más adelante en el mismo siglo, la idea de la evolución, unida al concepto de entropía, palabra griega que significa precisamente evolución, es utilizada por Charles Darwin - 1882) para decir que el hombre es parte del mundo animal y que no hay pruebas de la existencia de un alma humana. Los avances en la química y especialmente la aparición de la química orgánica hacia finales de siglo, es un nuevo giro de tuerca en ese proceso al negar la existencia de un impulso vital (“élan vital”) que da lugar a la vida, al que se refirió con insistencia el filósofo francés Henri Bergson (1841-1941) . Es decir, nada de la figura excelsa del hombre dotado de un alma inmortal y cercano a su creador, Dios omnipotente, parece mantenerse a finales del siglo XIX y comienzos del XX.
Adolfo Castilla el Domingo, 11 de Mayo 2014 a las 20:18

En el presente post se resume la interrelación entre las aportaciones de James Joule sobre la dinámica de los gases y las de James Clerke Maxwell y Ludwig Boltzmann sobre la mecánica estadística. Dicha interrelación es en realidad un proceso de descubrimiento y evolución de los conocimientos relacionados con el interior de la materia y muestra cómo se fueron perfeccionando dichos conocimientos a través del tiempo y de las obras de científicos diversos. Es un proceso que ha tenido y tiene lugar de forma muy parecida en todos los descubrimientos científicos. Lo que un estudioso imagina e insinúa, otro lo demuestra y otro lo perfecciona. La mente humana avanza en la comprensión del fenómeno y a partir de ideas inicialmente imperfectas e incompletas se consiguen interpretaciones definitivas. El proceso general en este caso, al que nos estamos refiriendo en los últimos posts, es el de la formulación de las leyes de la termodinámica.


Mecánica Estadística
Ya se ha dicho que Joule había calculado años antes de 1859, cuando Maxwell dio a conocer los resultados de sus trabajos sobre el movimiento de las partículas de un gas, la velocidad de las moléculas de un gas en unas condiciones determinadas de presión y temperatura. Clausius su vez había introducido la idea de recorrido libre medio de una molécula, ya que las moléculas no se desplazan sin desviaciones sino que chocan una y otra vez entre sí y saltan en distintas direcciones. El recorrido libre medio es la distancia que recorre una molécula entre dos choques sucesivos con otras.

Maxwell, el gran creador de las ecuaciones de los campos electromagnéticos a las que nos referiremos más adelante, trabajó previamente, como decimos, en la teoría cinética de los gases y colaboró con Boltzmann en la formulación de la teoría de la mecánica estadística. A partir de 1859 demostró que la velocidad de las partículas de un gas se distribuían en torno a la velocidad media y calculó que la velocidad media de las moléculas contenidas en el aire a 15,5 ºC era de unos 458,72 m/seg y su recorrido libre medio de 1/175.984 de centímetro. Cálculos que permitieron deducir los choques por segundo que experimenta cada molécula, situándolos en unos 8.077.200.000.

Esto condujo a la explicación de la relación existente entre calor y movimiento y a determinar que la temperatura de un objeto es una medida de la velocidad media a la que se están moviendo los átomos y las moléculas que constituyen dicho objeto.

Las nuevas ideas permitieron explicar fenómenos como la viscosidad de los gases y el enfriamiento que se produce en ellos cuando se expanden (fenómeno que permitió a su debido tiempo la invención de los frigoríficos y refrigeradores). Cuando un gas aumenta su volumen por expansión se necesita hacer un trabajo para superar la atracción existente entre átomos y moléculas (atracción débil pero real) lo cual lleva a un frenado del movimiento de las partículas, es decir a un enfriamiento.

En estas cosas trabajaba también el austriaco Ludwig Boltzmann y los dos, Maxwell y él, colaboraron estrechamente hasta el punto de que la distribución probabilística de las velocidades de las moléculas de un gas en torno a su velocidad media es conocida hoy como distribución de Maxwell-Boltzmann.

Este último científico hizo muchas aportaciones importantes, aunque le costó que fueran aceptadas y parece, incluso, que eso le supuso la vida, ya que se suicidó en 1906, con sólo 62 años.

La mecánica estadística fue su máxima contribución a la ciencia. Según ella las propiedades globales de la materia, incluida la segunda ley de la termodinámica, se deducen de las propiedades combinadas de los átomos y de las moléculas, propiedades a su vez, que obedecen a sencillas leyes de la física y a la acción del azar, según explica John Gribbin en el libro que hemos utilizado ampliamente en las explicaciones dadas en los últimos posts.

La existencia de energía en nuestro mundo y su potencialidad para ser transformada en trabajo, con referencia en el caso de la termodinámica, al calor, que es una forma determinada de energía, y a su trasformación en movimiento y en trabajo, que tanto dio de sí a lo largo de la Revolución Industrial, fue primero algo utilizado sin conocimiento profundo de sus leyes y posteriormente analizado y explicado científicamente a través de la naturaleza atómica de la materia. Un largo proceso mental que nos habla de cómo el hombre imagina e inventa por un lado, la naturaleza de su mundo, y por otro, cómo descubre y demuestra sus leyes. En paralelo además con el uso práctico y manual de todo ello. Mente, racionalidad, hechos, aplicaciones y ciencia (es decir, y en relación con esto último, fenómenos de la naturaleza, análisis y demostración) que se interrelacionan para dar de sí a lo que somos.
Adolfo Castilla el Viernes, 2 de Mayo 2014 a las 18:51

Damos un paso más en este post hacia la completa explicación de las leyes de la termodinámica. Nos detenemos brevemente en la teoría cinética de los gases, es decir en la teoría que indica que los gases se componen de partículas separadas unas de otras y con espacio libre entre ellas, las cuales además, están en movimiento continuo. Dicha velocidad es variable de unas partículas a otras aunque hay una velocidad media.


La teoría cinética de los gases
A pesar de conocerse a Kelvin como uno de los fundadores de la termodinámica, los científicos de su época, y él especialmente, eran todavía científicos universales, es decir, personajes estudiosos de todos los fenómenos relacionados con la naturaleza de nuestro universo, o filósofos naturales. En esa línea, Kelvin, dedujo de la segunda ley de la termodinámica y del concepto de entropía conclusiones relevantes sobre el Sol y la Tierra y, especialmente sobre las edades de éstos componentes de nuestro sistema planetario. La vida en nuestro planeta es posible, a pesar de la segunda ley de la termodinámica y del enfriamiento continuo que supone la entropía, porque el Sol manda continuamente energía de la que vivimos. Esto lo llevó a pensar sobre la finitud de nuestro universo, es decir sobre la existencia de un principio y un final. Lo cual a su vez lo dirigió hacia el cálculo de la edad del Sol y la posible duración de su existencia, cálculos que dieron un resultado enormemente reducido para la vida del sol, y, que fueron. por supuesto erróneos. Fueron, de hecho, mucho menores que los establecidos en aquellas fechas de mitad del siglo XIX por los geólogos. Le faltó sin duda conocer la relación entre materia y energía que formuló años después Einstein, con su famosa ecuación, Energía=masa por la velocidad de la luz al cuadrado.

Los evolucionistas, como luego veremos, prestaron gran atención a estas explicaciones, resultando esta interrelación entre materias aparentemente muy distintas algo muy relevante para las tesis que se mantienen en este blog sobre la adquisición de conocimientos y sobre su interrelación.

Estos temas de la edad de la tierra lo enfrentaron al gran físico alemán Hermann von Helmholtz (1821-1894) y lo relacionaron con dos científicos desafortunados como el médico alemán Julius Robert von Mayer (1814-1878) y el ingeniero escocés John Waterston (1811-1883), cuyas obras fueron no fueron entendidas cuando se realizaron, se perdieron y cayeron en el olvido. El primero descubridor temprano de la ley de conservación de la energía y de la intercambiabilidad de todas las formas de calor y energía, y el segundo, creador de la idea de que la energía se distribuye entre los átomos y las moléculas de un gas según unas reglas estadísticas, es decir, “que no todas las moléculas tienen la misma velocidad sino que hay una gama de velocidades distribuidas según reglas estadísticas en torno a una velocidad media”.

Esto último nos sirve de entrada a las siguientes grandes aportaciones en el terreno de la termodinámica y de la naturaleza atómica de la materia que vendrían de la mano de dos personajes notabilísimos del siglo XIX: James Clark Maxwell (1831-1879) y Ludwig Boltzmann (1844-1906).

Se trata de la teoría cinética de los gases (o explicación de las características de los gases por el movimiento de sus átomos y moléculas) y la mecánica estadística (o el comportamiento del movimiento de los átomos y moléculas de acuerdo con reglas estadísticas).
Adolfo Castilla el Sábado, 26 de Abril 2014 a las 20:09

Continuamos utilizando en este post el libro del historiador británico John Gribbin, "Historia de la Ciencia. 1543-2001", para seguir revisando la evolución del pensamiento del hombre al hilo de los nuevos descubrimientos de mediados del siglo XIX sobre la naturaleza de la energía, el calor y el trabajo. Prestamos atención ahora a la labor de James Joule, el cual aportó explicaciones importantes y novedosas sobre las moléculas de los gases y la velocidad a la que se mueven. Independientemente de los hechos y sus interrelaciones que pueden ser estudiados mucho mejor en el texto mencionado y en otros manuales de historia de la ciencia, lo que nos interesa aquí es ver cómo nuevas interpretaciones sobre nuestro universo se abren camino en las mentes de algunos hombres y cómo se difunden y contribuyen a la creación de una nueva mentalidad.


Atomismo y Termodinámica
La teoría atómica de la materia, a la que se ha hecho referencia en los últimos tres posts, es obra, como se ha visto, de científicos dedicados a la química. Otros científicos, estos dedicados a la física y más concretamente a la termodinámica, o área de conocimientos relacionada con la energía, el calor, el trabajo y el movimiento, estaban creando su disciplina en aquellos años. Ya hemos dicho que como iniciador de todo hay que considerar al francés Sadi Carnot (1796-1832), como descubridor y difusor de la obra de éste a Emile Clapeyron (1799-1864), y como verdaderos padres a Clausius, Thomson, Maxwell y Botzmann. Entre los dos primeros y los cuatro segundos hay una figura que resulta fundamental destacar. Se trata del inglés James Joule (1818-1889), el eslabón entre los dos grupos y, probablemente, el que relacionó por primera vez las leyes de la termodinámica, relativas a la conservación de la energía y a la transformación del calor en trabajo, con la naturaleza atómica de la materia.

Joule, como otros científicos de la época, mostró interés por todos los conocimientos nuevos de aquellos tiempos. Comenzó interesándose por el electromagnetismo y llegó a imaginar un motor eléctrico más potente que las máquinas de vapor de entonces. Estudió la naturaleza del trabajo y de la energía, y escribió sobre las relaciones existentes entre la electricidad y el calor. En cuanto a la hipótesis atómica de la materia, publicó un trabajo en 1848 en el que el que calculaba la velocidad media a la que se mueven las moléculas de un gas. Calculó de hecho, que a una temperatura de 15,5 ºC y a una presión correspondiente a 76,2 cm de mercurio, las partículas de un gas encerrado en un recipiente se movían a una velocidad de 1.897,54 metros por segundo.

William Thomson (1824-1907) conoció a Joule con 22 años, edad a la que consiguió su cátedra de filosofía natural en Glasgow. Aunque Joule era sólo seis años mayor que Thomson, su vida profesional duró pocos años, mientras que la de Thomson fue muy larga y fructífera. Se jubiló con 75 años en la Universidad de Glasgow y siguió estudiando allí mismo varios años más. En 1982 fue nombrado barón Kelvin de Largs, siendo conocido en la historia de la ciencia como Lord Kelvin. Joule y Thomson fueron amigos y el segundo aprovechó las aportaciones realizadas por el primero, las desarrolló y perfeccionó.

Lord Kelvin y el alemán Rudolf Clausius (1822-1888) trabajando en paralelo y durante cierto tiempo sin conocimiento uno del otro, fueron los que pulieron y formalizaron la termodinámica. Hicieron de ella una verdadera ciencia, recogieron y explicaron sus leyes, fundamentalmente las dos primeras leyes, a las que ya hemos hecho amplia referencia, y trabajaron sobre la temperatura y su escala. El primero acuñó la denominación “termodinámica”, como también hemos dicho, y el segundo concibió la idea de “entropía” y utilizó dicho neologismo, traído del griego antiguo para referirse al “desgaste”, evolución, o enfriamiento natural de nuestro mundo. Kelvin trabajó sobre el concepto de temperatura y dejó claro que un cierto cambio en la temperatura de un cuerpo corresponde a una cierta capacidad de trabajo. Relacionado con ello inventó la escala absoluta de temperatura dentro de la cual estableció la existencia de una temperatura mínima posible (-273 ºC ó 0 en la escala Kelvin) a partir de la cual es imposible extraer más calor de un sistema.
Adolfo Castilla el Viernes, 25 de Abril 2014 a las 16:50

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Editado por
Adolfo Castilla
Adolfo Castilla
Doctor Ingeniero del ICAI y Catedrático de Economía Aplicada, Adolfo Castilla es también Licenciado en Económicas por la Universidad Autónoma de Madrid, Licenciado en Informática por la Universidad Politécnica de Madrid, MBA por Wharton School, Master en Ingeniería de Sistemas e Investigación Operativa por Moore School (Universidad de Pennsylvania). En la actualidad es asimismo Presidente de AESPLAN,
Presidente del Capítulo Español de la World Future Society, Miembro del Consejo Editorial de Tendencias21, Miembro del Alto Consejo Consultivo del Instituto de la Ingeniería de España, Profesor de Dirección Estratégica de la Empresa en CEPADE y en la Universidad Antonio de Nebrija.

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