Ball, Phillip. Masa critica. Cambio, caos y complejidad

MASA C R ITIC A
Los copos de nieve se forman en la atmósfera cuando el vapor de
agua se congela -una transformación directa de gas a sólido-. ¿Qué puede
decirnos la mecánica estadística acerca de esos cristales de seis puntas
que los científicos llevan estudiando desde el siglo X VII? Hasta hace
bien poco, la respuesta era “no mucho”. Si le hubiéramos pedido a un
mecanicista estadístico de la década de 1940 que nos hablara de los copos
de nieve, habría arrastrado los pies y, después de carraspear, habría dicho:
“Bueno, verán, la teoría no se pensó para eso”. ¿No se pensó para que
nos dijera algo de una de las transiciones de fase más comunes de una
de las sustancias que más abundan en el mundo? ¿Para qué se pensó
entonces?
Podría decirse que la mecánica estadística tradicional, tal y como la
conocemos, debe su existencia a un hombre por encima de los demás:
el científico estadounidense Josiah Willard Gibbs (1839-1903). En su libro
Elementary Principies in StatisticalMechanics [Principios elementales de la mecánica
estadística] (1902), este catedrático de Yale juntó todas las hebras y
tejió con ellas un sólido y elegante tapiz. Basándose en la obra de Clausius,
Maxwell, Boltzmann y Van der Waals, entre otros, Gibbs elaboró
una física termodinámica coherente y explicó cómo surgían sus leyes a
partir de la descripción microscópica de un sistema.
Gibbs demostró que, en los procesos de cambio, lo fundamental es la
minimizfición. Dicho de forma sencilla, es algo parecido a cuando el agua
baja de las montañas y se acumula en las depresiones del terreno formando
pozas y lagos. Cuanto más alto el punto de partida, mayor energía
gravitatoria o “potencial” tiene el agua. Si no se le pone ningún
obstáculo, minimizará su energía desplazándose hacia una posición lo
más baja posible. Aunque no resulte obvio a primera vista, se trata de
un corolario directo de la Segunda Ley de la Termodinámica: todo cambio
espontáneo se salda con un aumento de entropía.
Cuando el agua forma un lago, alcanza una especie de equilibrio: deja
de bajar y se queda en donde está. La termodinámica se ocupa de los
impulsos que conducen a estados de equilibrio como ése. Describe procesos
de cambio de un estado de equilibrio a otro estado de equilibrio
todavía más estable: como la apertura de una represa en una montaña
para que el agua descienda hasta una presa más baja. Gibbs afirmó que,
para que un sistema esté en equilibrio (una situación estable sin propensión
inmediata al cambio), “es necesario y suficiente que en todas
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