WalterArrepentido
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Físicos de la Universidad Técnica de Darmstadt que investigan los procesos de envejecimiento en materiales, han medido por primera vez el «tic-tac» de un reloj interno en el cristal. Al analizar los datos, descubrieron un fenómeno sorprendente.
Detalle de la muestra y el haz láser utilizado para estudiar la dinámica molecular de la muestra mediante la medición de la luz dispersada. Crédito: Till Böhmer.
¿Alguna vez has presenciado cómo una taza cae al suelo y se rompe, solo para luego reconstruirse espontáneamente? La respuesta obvia es no. En la vida diaria, percibimos el flujo del tiempo en una sola dirección. Sin embargo, en el ámbito de la física, esto no resulta tan evidente, ya que las fórmulas que describen los movimientos se aplican sin importar la dirección del tiempo.
La irreversibilidad que experimentamos a diario cobra sentido a través de otra ley natural: la segunda ley de la termodinámica. Esta ley establece que el desorden en un sistema aumenta constantemente. No obstante, si la taza rota pudiera reconstruirse, el desorden disminuiría.
Puede parecer que el envejecimiento de los materiales es tan irreversible como la fractura de la taza mencionada. Aún así, al estudiar los movimientos de las moléculas en vidrio o plástico, los físicos de Darmstadt han descubierto que estos movimientos son reversibles en el tiempo cuando se observan desde cierta perspectiva.
El equipo, encabezado por Till Böhmer en el Instituto de Física de la Materia Condensada de la Universidad Técnica de Darmstadt, ha publicado sus resultados en la destacada revista Nature Physics.
Tiempo material
Los cristales o plásticos consisten en un enredo de moléculas. Las partículas están en constante movimiento, lo que las hace deslizarse continuamente hacia nuevas posiciones. Buscan permanentemente un estado energético más favorable, lo que cambia las propiedades del material con el tiempo: el vidrio envejece.
Este proceso de envejecimiento se puede describir mediante lo que se conoce como «tiempo material». Imagínalo así: el material tiene un reloj interno que marca el tiempo de manera diferente al reloj en la pared del laboratorio. Es decir, el tiempo material avanza a una velocidad diferente según lo rápido que las moléculas dentro del material se reorganicen.
Desafío experimental
Desde que se descubrió el concepto hace aproximadamente cincuenta años, nadie había logrado medir el tiempo material. Ahora, por primera vez, los investigadores en Darmstadt liderados por el prof. Thomas Blochowicz lo han conseguido.
«Fue un enorme desafío experimental», afirmó Böhmer. «Las fluctuaciones minúsculas en las moléculas tuvieron que ser documentadas utilizando una cámara de video ultrasensible. No se puede simplemente observar cómo las moléculas se mueven».
Configuración del experimento. Crédito: Thomas Blochowicz.
Pero valió la pena. El análisis estadístico de las fluctuaciones moleculares, con la colaboración de investigadores de la Universidad de Roskilde en Dinamarca, reveló algunos resultados sorprendentes. En términos de tiempo material, las fluctuaciones de las moléculas son reversibles en el tiempo. Esto significa que no cambian si se permite que el tiempo material retroceda —como si fuera un péndulo que se ve igual cuando se reproduce hacia adelante y hacia atrás—.
«Sin embargo, esto no significa que el envejecimiento de los materiales pueda revertirse», enfatizó Böhmer.
Más bien, el resultado confirma que el concepto de tiempo material está bien elegido porque expresa la parte irreversible completa del envejecimiento del material. Su tic-tac encarna el paso del tiempo para el material en cuestión. Todo lo demás que se mueve en el material en relación con esta escala de tiempo no contribuye al envejecimiento. Al igual que, metafóricamente hablando, los niños jugando en el asiento trasero de un automóvil no contribuyen a su movimiento.
Los investigadores de Darmstadt creen que esto se aplica en general a los materiales desordenados, ya que examinaron dos clases de materiales —vidrio y plástico— y realizaron una simulación por computadora de un material modelo, con los mismos resultados.
El éxito de los físicos es solo el comienzo.
«Esto nos deja con una montaña de preguntas sin respuesta. Por ejemplo, aún queda por aclarar en qué medida la reversibilidad observada en términos de tiempo material se debe a la reversibilidad de las leyes físicas naturales, o cómo difiere el tic-tac del reloj interno para diferentes materiales», concluyó Blochowicz.
Los investigadores están ansiosos por seguir indagando en el asunto, por lo que podrían surgir más descubrimientos emocionantes.
Fuente: https://www.tu-darmstadt.de/matter-and-materials/forschungsfeld_mm/news_mm/newsdetails_436416.en.jsp
Detalle de la muestra y el haz láser utilizado para estudiar la dinámica molecular de la muestra mediante la medición de la luz dispersada. Crédito: Till Böhmer.
¿Alguna vez has presenciado cómo una taza cae al suelo y se rompe, solo para luego reconstruirse espontáneamente? La respuesta obvia es no. En la vida diaria, percibimos el flujo del tiempo en una sola dirección. Sin embargo, en el ámbito de la física, esto no resulta tan evidente, ya que las fórmulas que describen los movimientos se aplican sin importar la dirección del tiempo.
La irreversibilidad que experimentamos a diario cobra sentido a través de otra ley natural: la segunda ley de la termodinámica. Esta ley establece que el desorden en un sistema aumenta constantemente. No obstante, si la taza rota pudiera reconstruirse, el desorden disminuiría.
Puede parecer que el envejecimiento de los materiales es tan irreversible como la fractura de la taza mencionada. Aún así, al estudiar los movimientos de las moléculas en vidrio o plástico, los físicos de Darmstadt han descubierto que estos movimientos son reversibles en el tiempo cuando se observan desde cierta perspectiva.
El equipo, encabezado por Till Böhmer en el Instituto de Física de la Materia Condensada de la Universidad Técnica de Darmstadt, ha publicado sus resultados en la destacada revista Nature Physics.
Tiempo material
Los cristales o plásticos consisten en un enredo de moléculas. Las partículas están en constante movimiento, lo que las hace deslizarse continuamente hacia nuevas posiciones. Buscan permanentemente un estado energético más favorable, lo que cambia las propiedades del material con el tiempo: el vidrio envejece.
Este proceso de envejecimiento se puede describir mediante lo que se conoce como «tiempo material». Imagínalo así: el material tiene un reloj interno que marca el tiempo de manera diferente al reloj en la pared del laboratorio. Es decir, el tiempo material avanza a una velocidad diferente según lo rápido que las moléculas dentro del material se reorganicen.
Desafío experimental
Desde que se descubrió el concepto hace aproximadamente cincuenta años, nadie había logrado medir el tiempo material. Ahora, por primera vez, los investigadores en Darmstadt liderados por el prof. Thomas Blochowicz lo han conseguido.
«Fue un enorme desafío experimental», afirmó Böhmer. «Las fluctuaciones minúsculas en las moléculas tuvieron que ser documentadas utilizando una cámara de video ultrasensible. No se puede simplemente observar cómo las moléculas se mueven».
Configuración del experimento. Crédito: Thomas Blochowicz.
Pero valió la pena. El análisis estadístico de las fluctuaciones moleculares, con la colaboración de investigadores de la Universidad de Roskilde en Dinamarca, reveló algunos resultados sorprendentes. En términos de tiempo material, las fluctuaciones de las moléculas son reversibles en el tiempo. Esto significa que no cambian si se permite que el tiempo material retroceda —como si fuera un péndulo que se ve igual cuando se reproduce hacia adelante y hacia atrás—.
«Sin embargo, esto no significa que el envejecimiento de los materiales pueda revertirse», enfatizó Böhmer.
Más bien, el resultado confirma que el concepto de tiempo material está bien elegido porque expresa la parte irreversible completa del envejecimiento del material. Su tic-tac encarna el paso del tiempo para el material en cuestión. Todo lo demás que se mueve en el material en relación con esta escala de tiempo no contribuye al envejecimiento. Al igual que, metafóricamente hablando, los niños jugando en el asiento trasero de un automóvil no contribuyen a su movimiento.
Los investigadores de Darmstadt creen que esto se aplica en general a los materiales desordenados, ya que examinaron dos clases de materiales —vidrio y plástico— y realizaron una simulación por computadora de un material modelo, con los mismos resultados.
El éxito de los físicos es solo el comienzo.
«Esto nos deja con una montaña de preguntas sin respuesta. Por ejemplo, aún queda por aclarar en qué medida la reversibilidad observada en términos de tiempo material se debe a la reversibilidad de las leyes físicas naturales, o cómo difiere el tic-tac del reloj interno para diferentes materiales», concluyó Blochowicz.
Los investigadores están ansiosos por seguir indagando en el asunto, por lo que podrían surgir más descubrimientos emocionantes.
Fuente: https://www.tu-darmstadt.de/matter-and-materials/forschungsfeld_mm/news_mm/newsdetails_436416.en.jsp
