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

: k r z a s m e n o r e s
decidir que un gas tenga una presión y una temperatura particulares, pero
rntonces el volumen (o la densidad: número de moléculas en un espacio
concreto) queda determinado. Otra forma de decir lo mismo es: si
mantenemos constante uno de los elementos del trío, existe una relación
matemática entre los otros dos. Por ejemplo, con un volumen fijo,
la presión de un gas es proporcional a su temperatura.
Las relaciones entre la temperatura, la presión y el volumen de un gas
las llamadas leyes de un gas- fueron investigadas en el siglo xvn por
Kobert Boyle. Casi un siglo más tarde, los franceses Jacques Charles (que
ni 1783 realizó el primer vuelo en globo de hidrógeno) y Joseph Louis
llay-Lussac ahondaron en su estudio.
K1 reto consistía en comprobar si las leyes del gas podían derivarse de
un modelo mecánico en el que los átomos fueran como bolas de billar
y se movieran en línea recta hasta colisionar entre sí. Rudolph Clausius
sentó las bases de la teoría cinética de los gases en la década de 1850,
pero fue el físico escocésjames Clerk Maxwell (1831-1879) (véase figura
2.1) quien la desarrolló.
Cuando un jugador de billar golpea una bola, no es difícil calcular
qué sucederá con las demás bolas de la mesa. Pero en un puñado de
ñire hay unos diez billones de átomos. No podemos saber cómo se mueven
en un instante determinado y, aunque lo supiéramos, la tarea de
calcular de qué forma se vería alterado ese movimiento por las colisiones
producidas al instante siguiente, y al siguiente, es imponderable.
Asi que, ¿cómo pensar en cuantificar la conducta, tal y como la describen
las leyes del gas, empezando por los “primeros principios” de los
movimientos atómicos?
1 intuición fundamental de Maxwell es que no es necesario que conozcamos
todos los detalles. Lo importante no es la trayectoria precisa de
lodas las partículas del gas, sino su comportamiento medio. Maxwell imaginó
un enjambre de abejas: las abejas zumban furiosamente en todas
direcciones, pero el propio enjambre se mantiene estacionario, porque,
l(iniendo en cuenta el promedio de sus vuelos, no es más probable que
las abejas vuelen en una dirección que en otra.
Lo que importa de los movimientos de las partículas de gas, afirmó
Maxwell, son dos cosas: la velocidad media a la que se mueve cada parlie
11 la -la cual determina su energía cinética media- y cuánto se aparta
de esa media por arriba o por abajo. Maxwell intuyó que la distribución
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