Equilibrio de los sistemas físicos y la propagación de energía

Los problemas físicos macroscópicos pueden siempre ser analizados según un principio general y simple: un cuerpo o conjunto de partículas evoluciona, siempre que no esté sujeto a perturbaciones externas, para su estado de energía mínima, y que una vez lo haya alcanzado, tiende a conservarlo. Tal principio, parecido a la ley de inercia de Galileo y Newton, resume con cierta exactitud el comportamiento de los sistemas físicos.

La termodinámica, por intermedio de una carrera asociada conocida como física estadística, estableció una importante relación entre energía y orden. Sucesivos cambios de formas de energía en otras son retardados cuando la distribución de los átomos y moléculas adentro de los materiales no es uniforme.

Así, el desorden origina pérdidas energéticas, traducidas en calor o en mayor desorden, que son medidas por una interesante grandeza física llamada entropía. Los principios de la termodinámica postulan que en todo proceso aislado se produce indefectiblemente un aumento de entropía, o sea, de desorden y de energía no reversible. Consecuentemente, tales principios apuntan, a largo plazo, para un agotamiento térmico del universo, resultado de continua degradación de su energía.

Propagación de la energía:

Los procesos de comunicación de la energía entre los cuerpos o sistemas distintos son enumerados dos. La colisión entre objetos se hace acorde al principio de la conservación de la energía y del momento cinético (o sea, el producto de la masa por la velocidad). Así, el saldo energético de una colisión es nulo, razón por la cual el cambio de energía en el proceso es de fácil observación, sin considerar las posibles pérdidas, por atrito, en forma de calor.

El cambio de energía a la distancia se produce en consecuencia de las olas electromagnéticas, las cuales viajan en el espacio a la velocidad de la luz. Dichas olas, constituidas por fotones, actúan sobre las partículas del medio y de los cuerpos, enflaqueciéndose a lo de su trayectoria. De acuerdo a las consideraciones microscópicas de la mecánica quántica, podemos decir que ese no es el único método para transmitir energía entre cuerpos, aún cuando en el caso de colisiones por ejemplo, el mecanismo parezca ser distinto. La física microscópica tiene argumentos de que, en realidad, dichas colisiones no llegan a pasar en el propio átomo, razón esta que afirma que tales interacciones no dejan de ser interacciones electromagnéticas.

Equivalencia masa-energía

Las hipotéticas ideas dichas en la primera mitad del siglo XX por Einstein – el cual defendía la idea de una relatividad total de los fenómenos físicos, hasta el entonces considerados inmutables – y corroboradas hasta cierto punto por experimentos posteriores, incluían un punto de vista revolucionario acerca del concepto de energía.

Según Einstein, existe una clara correspondencia entre las masas y las energías involucradas en los procesos físicos. Einstein expresó esa relación en una fórmula matemática, que se tornaría un icono de la física contemporánea: E = mc2.

Acorde a la ecuación, la masa consumida en un proceso y la energía disponible en él, para velocidades máximas de los cuerpos y de las partículas adyacentes, son proporcionales entre si, y la constante de esa proporcionalidad es el cuadrado de la velocidad de la luz.

Las reacciones nucleares, en las cuales se llegan a velocidades próximas a la de la luz, aunque no sean superiores a ella (por axioma, la velocidad de la luz es insuperable), comprobaron las previsiones de Einstein en el tema de la transformación de masa en energía.

El proceso contrario, o sea, transformar energía en materia, prevista por los cálculos de la relatividad, constituye uno de los grandes desafíos de la física contemporánea.