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(noticias nanowerk) Los físicos de Darmstadt investigan los procesos de envejecimiento de los materiales. Por primera vez midieron el tictac de un reloj interno en vidrio. Al evaluar los datos, descubrieron un fenómeno sorprendente.
En la vida cotidiana experimentamos que el tiempo sólo tiene una dirección. ¿Quién ha visto alguna vez una taza estrellarse contra el suelo y volverse a montar espontáneamente? Esto no es inmediatamente evidente para los físicos, ya que las fórmulas utilizadas para describir los movimientos se aplican independientemente de la dirección del tiempo. Por ejemplo, un vídeo que muestra un péndulo oscilando libremente se vería igual si se moviera hacia atrás. La irreversibilidad cotidiana que experimentamos sólo entra en juego a través de otra ley de la naturaleza, la segunda ley de la termodinámica. Esto dice que el desorden en un sistema aumenta constantemente. Sin embargo, si la taza rota se volviera a armar, el desorden disminuiría.
Se podría pensar que el envejecimiento de los materiales es tan irreversible como la rotura del vidrio. Pero mientras investigaban los movimientos de las moléculas de vidrio o plástico, los físicos de Darmstadt han descubierto que estos movimientos son reversibles en el tiempo si se los mira desde una determinada perspectiva. El equipo dirigido por Till Böhmer del Instituto de Física de la Materia Condensada de la Universidad Técnica de Darmstadt ha publicado sus resultados. física natural (“Reversibilidad del tiempo en el envejecimiento de materiales”).
Los vidrios y los plásticos están formados por una maraña de moléculas. Las partículas están en constante movimiento, lo que significa que siguen deslizándose hacia nuevas posiciones. Se esfuerzan constantemente por alcanzar un estado energético más favorable, lo que significa que las propiedades del material cambian con el tiempo: el vidrio envejece. Sin embargo, en el caso de materiales útiles como el vidrio de las ventanas, esto puede llevar miles de millones de años. El proceso de envejecimiento puede describirse mediante el llamado “tiempo material”. Piénselo de esta manera: el material tiene un reloj interno que funciona de manera diferente al reloj de la pared del laboratorio. El tiempo material avanza a diferentes velocidades, dependiendo de la rapidez con la que se reorganicen las moléculas del material.
Sin embargo, desde que se descubrió el concepto hace unos cincuenta años, nadie ha podido medir el tiempo material. Ahora los investigadores de Darmstadt, dirigidos por el profesor Thomas Blochowicz, lo han conseguido por primera vez. «Fue un gran desafío experimental», afirma Böhmer. Las pequeñas fluctuaciones de las moléculas tuvieron que documentarse con una cámara de vídeo de alta sensibilidad. «No se puede simplemente observar cómo se tambalean las moléculas», añade Blochowicz.
Pero los investigadores notaron algo. Apuntaron con un láser a la muestra de vidrio. Las moléculas que contiene dispersan la luz. Los rayos dispersos se superponen y forman un patrón caótico de puntos claros y oscuros en el sensor de la cámara. Se pueden utilizar métodos estadísticos para calcular cómo cambian las fluctuaciones con el tiempo, es decir, qué tan rápido funciona el reloj interno del material. «Esto requiere mediciones extremadamente precisas que sólo eran posibles con las cámaras de vídeo más modernas», afirma Blochowicz.
Pero valió la pena. El análisis estadístico de las fluctuaciones moleculares, con la ayuda de investigadores de la Universidad de Roskilde en Dinamarca, reveló algunos resultados sorprendentes. En relación con el tiempo material, las fluctuaciones de las moléculas son reversibles en el tiempo. Esto significa que no cambian cuando dejas que el tiempo material avance hacia atrás, similar al vídeo del péndulo, que se ve igual cuando se reproduce hacia adelante y hacia atrás.
«Sin embargo, esto no significa que se pueda revertir el envejecimiento de los materiales», subraya Böhmer. Más bien, el resultado confirma que el concepto de tiempo material está bien elegido porque expresa toda la parte irreversible del envejecimiento de la materia. Su tictac encarna el paso del tiempo del material respectivo. Cualquier otra cosa que se mueva en el material en relación con esta escala de tiempo no contribuye al envejecimiento. Del mismo modo, metafóricamente hablando, los niños que juegan en el asiento trasero de un coche no contribuyen a su movimiento.
Los investigadores de Darmstadt suponen que esto se aplica generalmente a materiales desordenados, ya que examinaron dos clases de materiales (vidrio y plástico) y realizaron una simulación por ordenador de un material modelo con los mismos resultados.
El éxito de los físicos es sólo el comienzo. “Esto deja una montaña de preguntas sin respuesta”, afirma Blochowicz. Por ejemplo, queda por aclarar hasta qué punto la reversibilidad observada en relación con el tiempo material puede atribuirse a la reversibilidad de las leyes físicas de la naturaleza o en qué se diferencia el tictac del reloj interno en diferentes materiales. Los investigadores están ansiosos por realizar más investigaciones, por lo que aún están por llegar descubrimientos más interesantes.
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