La cara oculta de la luz: la entropía de la radiación
El científico Alfonso
Delgado Bonal habla sobre una investigación que ha realizado y según la cual la
energía que se pierde en forma de calor reduce en un ocho por ciento la
eficiencia global de la fotosíntesis
Si quiere poner
en un aprieto a un físico, puede pedirle que le conteste en pocas
palabras a la siguiente pregunta:
¿qué es la luz? y verá como unos responden «es un conjunto de
partículas llamadas fotones», mientras que otros le dicen «son ondas que viajan
por el espacio a una velocidad de 299.792.458 m/s».
La realidad es que la
respuesta a la pregunta requiere saber mecánica cuántica y tenemos una dualidad onda-partícula:
la radiación (y otras partículas) pueden comportarse como onda o como
corpúsculo dependiendo del experimento. La explicación de que la radiación son
partículas le valió a Albert Einstein un premio Nobel por
su artículo de 1905.
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| entropía de la luz |
La demostración de que la luz eran partículas se hizo
utilizando una cara de la luz que nunca se ve, la entropía. Al igual que la luz
es onda y partícula, la luz es
energía y entropía. La entropía es, entre otras cosas, una magnitud que
nos dice cuánto calor se pierde en un proceso, de modo que no podemos tener un
proceso eficiente al 100%, siempre se va a perder energía en forma de calor.
¿Qué hemos descubierto?
Esa cantidad de energía que «perdemos» se puede
calcular con la entropía. En el caso de la fotosíntesis, la radiación llega a
la planta y se transforma en energía química, pero no al 100%. Calculando la
entropía de la radiación, un artículo que se publica hoy en Scientific
Reports determina que el máximo rendimiento de la fotosíntesis en la Tierra es un 8% menos de lo
que se pensaba. Hemos determinado ese valor para la región visible de la
radiación y hemos demostrado que, además, la eficiencia de la fotosíntesis
depende de la temperatura: si se llevan una planta a Marte, la eficiencia
máxima de la radiación es diferente allí, al igual que entre el desierto o los
polos de nuestro planeta.
Además de la fotosíntesis, la entropía de la radiación
puede usarse para resolver problemas en diferentes campos. El mismo artículo
muestra cómo el uso de esta magnitud puede servir para medir el cambio climático directamente,
no solo sus efectos indirectos en la Tierra como el aumento de la temperatura o
el deshielo de los polos. Como la entropía está relacionada con la pérdida de
calor, un análisis de los cambios producidos en la atmósfera permite estudiar
cómo ha evolucionado la termodinámica de nuestra atmósfera, y estudiar el
efecto de los diferentes compuestos químicos y su disipación de calor.
Por otro lado, otra de nuestras teorías afirma que la
entropía de la radiación sirve
también para explicar la evolución de la visión humana. La hipótesis se
planteó en otro artículo publicado en también en Scientific
Reports, donde se descubrió una nueva constante física a la que
llamamos «constante de Wien de la entropía». Ahora, tenemos una prueba más
formal de esta teoría. El ojo humano ve en todos los colores del espectro
visible de la luz solar, pero hay dos colores preferidos llamados «picos de
absorción» que dependen de las condiciones de iluminación.
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| luz natural |
Hasta la fecha no existía una teoría que explicara
exactamente por qué esos dos colores son los preferidos, y utilizando la
entropía de la radiación se puede dar una explicación: los ojos del ser humano
han evolucionado buscando la
máxima información posible, no únicamente la máxima energía.
¿Por qué es importante?
El artículo recupera una forma de analizar la
radiación a la que no se le ha prestado mucha atención desde principios del
siglo pasado. Sin embargo, este nuevo
enfoque permite estudiar la radiación desde un punto de vista diferente,
y obtener resultados que no pueden conseguirse únicamente mediante el estudio
de la energía.
¿Qué aporta de novedoso?
El trabajo desarrolla una serie de ecuaciones que
permiten calcular la constante de Wien de la entropía en distintos casos, y
calcular cuánta entropía hay en
diferentes regiones del espectro solar. Además pone de manifiesto la
importancia de la temperatura cuando se analizan procesos de radiación: cuando
la luz llega a una planta, la fotosíntesis transforma la luz en energía
química, pero al mismo tiempo la planta está emitiendo energía en forma de
radiación como consecuencia de su propia temperatura. Este hecho hay que
tenerlo en cuenta para calcular correctamente los rendimientos en diferentes
entornos como el desierto, los polos, o incluso para un posible viaje a
Marte llevando lechugas.
¿Cómo se ha realizado esta investigación?
El trabajo se ha desarrollado mediante métodos teóricos
y utilizando simulaciones por ordenador para estudiar el comportamiento de la entropía en la atmósfera. Se ha
llevado a cabo en la Universidad de Salamanca, con un proyecto co-financiado
por Fundación Iberdrola España.
¿Qué aplicaciones puede tener el hallazgo?
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| radiación |
Los métodos utilizados y las ecuaciones propuestas en
este artículo son universales, y pueden aplicarse a diferentes campos como fotosíntesis, cambio climático o la visión
del ser humano, abriendo la puerta a estudios en biofísica,
telecomunicaciones o robótica, y en general en cualquier campo que utilice la
radiación como fuente de energía o información.
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Fuente Historia/ABC.es
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