Un equipo de investigadores de la Universidad Técnica de Darmstadt (Alemania) y la Universidad de Roskilde (Dinamarca) presentó importantes hallazgos científicos relacionados con el envejecimiento de ciertos elementos.
Tras realizar sus experimentos, los especialistas concluyeron que el tiempo —entendido bajo un concepto en particular— sería reversible en materiales como el vidrio y algunos plásticos.
Para explicar la relevancia de su trabajo, desde la casa de estudios alemana recuerdan que, en la vida cotidiana, el tiempo tiene una única dirección.
Con esto hacen referencia a que, por ejemplo, cuando un vaso se rompe, no podemos ver que después se vuelva a rearmar de forma espontánea.
Sin embargo, “para los físicos esto no es evidente de inmediato, ya que las fórmulas que describen los movimientos se aplican independientemente de la dirección del tiempo”, afirman desde Darmstadt en un artículo académico.
Citan otro ejemplo: si ves el video de un péndulo que oscila sin obstáculos, el registro se vería de la misma manera si se reprodujera al revés.
“La irreversibilidad cotidiana que experimentamos solo entra en juego gracias a otra ley de la naturaleza, la segunda ley de la termodinámica, que establece que el desorden en un sistema aumenta constantemente”.
Es por eso que no podemos ver que un vaso se vuelva a armar después de romperse, ya que aquello significaría una disminución en ese “desorden”.
No obstante, los autores de la investigación descubrieron que estos movimientos son reversibles en el tiempo si se observan desde una perspectiva determinada.
Los hallazgos fueron publicados en la revista Nature Physics y su importancia radica en que desafían la comprensión que había hasta ahora de la segunda ley de la termodinámica.
Qué significa que el “tiempo material” sea reversible
El constante movimiento que tienen las partículas de un material hace que con el tiempo este enfrente cambios en sus propiedades, lo que da como resultado al envejecimiento.
En el caso de elementos como el vidrio, este proceso puede tardar más, incluso miles de millones de años, según la Universidad Técnica de Darmstadt.
Aquello es conocido como “tiempo material”, concepto que los investigadores definen como “el tiempo medido en un reloj cuya velocidad cambia a medida que envejece el vidrio”.
Desde Darmstadt lo explican en términos más sencillos.
“Imagínenselo así: el material tiene un reloj interno que funciona de manera diferente al reloj de la pared del laboratorio. El tiempo material funciona a una velocidad diferente según la rapidez con la que se reorganicen las moléculas dentro del material”.
A pesar de que el concepto ya había empezado a utilizarse hace unas cinco décadas, hasta el momento nadie había podido medir exitosamente este “tiempo material”, según los investigadores.
Pero dicen que esto cambió con su trabajo publicado en Nature Physics, el cual fue dirigido por el profesor Thomas Blochowicz.
El científico que lideró la investigación, Till Böhmer, subrayó en una entrevista con el sitio de la universidad alemana que “fue un gran desafío experimental”, el cual requirió que ocuparan cámaras de video de alta sensibilidad para detectar las fluctuaciones de las moléculas.
En este sentido, Blochowicz enfatizó que lo que hicieron “requiere mediciones extremadamente precisas” y focos de “última generación”.
La revisión estadística de lo que obtuvieron fue comandada por los investigadores de la Universidad Roskilde y reveló que, “en términos de tiempo material, las fluctuaciones de las moléculas son reversibles en el tiempo”.
“Es decir, no cambian si se deja que el tiempo material avance hacia atrás, de forma similar al vídeo del péndulo, que parece el mismo cuando se reproduce hacia delante y hacia atrás”, comparan desde Darmstadt a modo de ejemplo.
Böhmer hizo una acotación de relevancia al decir que sus hallazgos no se traducen en que el envejecimiento en sí de los materiales pueda revertirse.
Aún así, los resultados confirman que el concepto de “tiempo material” es acertado y abren paso a nuevos tópicos de investigación en el área de la física.
“Esto nos deja con un montón de preguntas sin respuesta”, comentó Blochowicz.
Entre las dudas que buscarán aclarar en sus próximos trabajos, según Darmstadt, están “en qué medida la reversibilidad observada en términos de tiempo material se debe a la reversibilidad de las leyes físicas de la naturaleza, o en qué medida el tictac del reloj interno difiere en diferentes materiales”.
El equipo, además de contar con Till Böhmer y Thomas Blochowicz, estuvo conformado por Jan P. Gabriel, Lorenzo Costigliola, Jan-Niklas Kociok, Tina Hecksher y Jeppe C. Dyre.
Puedes leer la investigación completa haciendo click en este enlace.
A continuación encontrarás el abstract (un breve resumen) que presentaron los autores sobre sus hallazgos:
—Envejecimiento físico es el término genérico con el que se designan los procesos irreversibles que se producen en los materiales vítreos como consecuencia de reordenamientos moleculares.
Un formalismo para describir estos procesos de envejecimiento implica el concepto de tiempo material, que puede considerarse como el tiempo medido en un reloj cuya velocidad cambia a medida que envejece el vidrio. Sin embargo, hasta ahora no se ha podido determinar experimentalmente el tiempo material.
Aquí mostramos cómo las mediciones dinámicas de dispersión de la luz proporcionan una vía de avance. Determinamos el tiempo material de una muestra envejecida del formador de vidrio 1-fenil-1-propanol tras saltos de temperatura próximos a la transición vítrea, a partir de la función de autocorrelación temporal de las fluctuaciones de intensidad sondeadas mediante dispersión dinámica de luz multipunto.
Se demuestra que estas fluctuaciones son estacionarias y reversibles cuando se consideran en función del tiempo material. También se ha demostrado que la arcilla sintética coloidal Laponita, que forma vidrio, y un epoxi de curado por envejecimiento químico presentan fluctuaciones de intensidad de luz dispersa reversibles en función del tiempo material, y las simulaciones de un sistema binario de envejecimiento que controlan la energía potencial confirman la reversibilidad en función del tiempo material.
Además de demostrar mediciones directas del tiempo material, nuestros hallazgos identifican una propiedad fundamental del envejecimiento en contextos bastante diferentes que supone un reto para las teorías actuales del envejecimiento.
