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Leyes de la naturaleza

Alberto Requena
ALBERTO REQUENA

Schrödinger nos propuso un experimento sencillo: llenamos un tubo oblongo de cuarzo, con oxígeno y lo sometemos a un campo magnético y el gas queda magnetizado. Es así, porque las moléculas de oxígeno son paramagnéticas, es decir, se comportan como pequeños imanes que tienden a orientarse paralelamente al campo magnético aplicado. Como si se tratara de imanes. El oxígeno es un gas, pero ocurriría lo mismo con materiales líquidos o sólidos que fueran paramagnéticos. El paramagnetismo consiste en la tendencia de los momentos magnéticos libres, tanto de espín como orbital, a alinearse paralelamente a un campo magnético. Si no se aplica un campo magnético externo entonces los momentos magnéticos están orientados al azar. El campo magnético actúa sobre cada momento magnético individualmente y no hay interacción entre los momentos magnéticos.

Los materiales paramagnéticos se comportan cuando están sometidos a la acción de un campo magnético, exactamente igual que los imanes normales. Cuando se deja de aplicar el campo magnético, la entropía destruye el alineamiento magnético. Es decir, no se convierten en materiales con magnetización permanente. El propio aire, magnesio, aluminio, titanio o wolframio son materiales paramagnéticos, además del propio oxígeno.

Ahora bien, siguiendo el experimento de Schrödinger, al aplicar el campo magnético al tubo conteniendo oxígeno, no debemos pensar que todas las moléculas de oxígeno se alinean con el campo magnético aplicado. La prueba está en que si duplicamos la intensidad del campo magnético aplicado, lograremos una magnetización del doble en el mismo material, que es el oxígeno contenido en el tubo. Es decir que hay una proporcionalidad entre los valores del campo aplicado y la magnetización lograda. Y esto es así hasta valores de campo muy elevados. Es un ejemplo claro de una ley puramente estadística, como nos apunta Scrhödinger.

La orientación que el campo magnético impone a las moléculas de oxigeno, se ve contrarrestada por el movimiento térmico, que trata de imponer una orientación al azar. Claramente pues, el resultado observable será , según Langevin explicó, que el resultado de esta tensión entre dos fuerzas contrapuestas, resulta en que hay una preferencia por los ángulos agudos sobre los obtusos, entre los ejes de los dipolos magnéticos y la dirección del campo magnético externo aplicado. Globalmente, a pesar de que los átomos individualmente modifican su orientación constantemente, por término medio hay una orientación preferente en la dirección del campo magnético aplicado, proporcional a la intensidad del mismo. Podemos comprobarlo: debilitando el movimiento térmico, aumentamos a magnetización. Debe tener el mismo efecto disminuir la temperatura (amortiguar el movimiento térmico) que disminuir la intensidad del campo magnético aplicado. Experimentalmente, se ha probado que la magnetización es inversamente proporcional a la temperatura y la ley se denomina ley de Curie. Si conseguimos disminuir el movimiento térmico a valores insignificantes, podremos lograr que la orientación debida al campo magnético se imponga, tanto como para lograr una fracción de magnetización sustancial. Si esto fuera así, ya no cabría que al duplicar la intensidad del campo se duplicara la magnetización, sino que se incremente cada vez menos al incrementar el campo magnético aplicado y logremos un valor de saturación. Se ha confirmado experimentalmente.

En todo caso el grado de inexactitud que cabe esperar de cualquier ley física conlleva un error que es la llamada ley de (, la raíz cuadrada del número de elementos que constituyen la muestra). Como Schrödinger recuerda, si efectuamos una medida bajo determinadas condiciones de presión y temperatura de un gas y encontramos que hay n moléculas del gas, si lo comprobamos, veremos que el resultado es inexacto y la desviación es del orden de . Es decir que si se trata de n=100 moléculas, la desviación es de 10, es decir un error relativo del 10%. en cambio si el número de moléculas es de un millón, entonces la desviación sera de unas 1000, pero el error solamente será del 0.1 %. Así, pues, el error relativo probable de una medida inexacta es de 1/, siendo n el número de moléculas o átomos que de forma cooperativa dan lugar a la ley.

En términos de un organismo vivo, deberá tener una estructura comparativamente grande para poder ser descritos por leyes tanto en su comportamiento interior, como exterior. Si no fuera este el caso, la ley resultaría demasiado inexacta para poder alcanzar la categoría de Ley de la Naturaleza.