Termodinámica cuántica

Hoy os quiero hablar sobre una rama de la física con poca vida (vamos, que lleva poco tiempo) y esta ganando mucha importancia, la termodinámica cuántica.

La termodinámica es la parte de la física que estudia un tipo de manifestación de la energía, el calor, sus propiedades y sus efectos. Es una parte de la física muy interesante que nos ha dado definiciones como la entropía y que, gracias a ella y sus tres principios han ayudado a indicarnos cuales son los limites en la física macroscópica.

Ademas, la termodinámica es la base de la mecánica estadística y sin ella, esta otra importante parte de la física no existiría al ayudarnos a cuantificar la energía de un sistema y por lo tanto a medir lo que se llama la información del mismo.

Sin embargo, la termodinámica cuántica es otro cantar diferente ya que aunque estudia sistemas a niveles muy muy pequeños de forma termodinámica (vamos, transferencia de energías) no se basa en los postulados de la termodinámica macroscópica.

De hecho, las tres famosas leyes que, nos ayudan a decir y gritar porque no existen los móviles perpetuos no funcionan (no se tienen en cuenta) en la termodinámica cuántica. Algo muy curioso.

Por eso mismo, la hipótesis del proceso estocástico o proceso de Markov muy usado en termodinámica y que es totalmente matemático ayudando a “controlar” sistemas totalmente variables desde su estado actual (sin tener en cuenta como estaba antes, algo que la física hace mucho) son totalmente ignorados.

La termodinámica cuántica usa algunos modelos para describir los sistemas como por ejemplo el movimiento Browniano el cual nos ayuda a medir el paso de energía entre diferentes partículas en sistemas que parecen totalmente aleatorios. Es decir, se consideran sistemas basados en movimiento Browiano, por ejemplo, al movimiento de las particulas en un gas, pero, si miramos a menor escala, en las funciones de onda de los componentes de un átomo (ejemplo, un electrón) el movimiento Browiano nos puede ayudar a saber como se mueven y transfieren energía electrones entre varios átomos, algo muy bonito.

Una de las utilidades en las que se esta usando la termodinámica cuántica (que recordad aun esta en pañales) es, por ejemplo, para el tema de las baterías y su eficiencia ya que mirar el traspaso de energía entre los átomos del material (o materiales) nos puede ayudar a mejorar su eficiencia energética. Así, por ejemplo dos partículas entrelazadas cuanticamente y que por lo tanto podemos definirlas con un único estado tenemos que su transferencia de energía es igual (para ambas) y las interacciones de transferencia de energía es del doble. Con lo cual la termodinámica cuántica puede ayudar, si logramos manipular una de las partículas de forma eficiente, a disponer del doble de energía en un modelo dado. Que cosas.

Si queréis saber más os recomiendo el libro de la portada Advanced Quantum Thermodynamics de David Ng..

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