Existirá algo que se mantendrá constante

Durante más de un siglo la ley de conservación de la energía se ha revelado como una de las leyes más fundamentales de la física. Se la tropieza uno en cualquier aspecto de la ciencia, ya sea puro o aplicado, que toque: física, química, biología, ingeniería. De hecho, ninguna otra ley unifica tanto los distintos campos científico-técnicos, proporcionando a científicos e ingenieros un marco conceptual común.

La ley de conservación de la energía ha tenido un éxito inmenso. Se cree en ella tan firmemente que parece prácticamente imposible que un nuevo descubrimiento pueda desmentirla. Sin embargo, en algunos experimentos, la energía nos puede dar la impresión de que aparece o desaparece de un sistema, sin que pueda atribuirse este hecho a cambios en las formas conocidas de la energía. Los físicos, a pesar de ello, prefieren pensar que la energía toma una forma no investigada, antes que pensar que se viola la ley de conservación.

Por ejemplo, si se aporta energía térmica a un cubo de hielo que se está derritiendo, la temperatura del cubo no se incrementa mientras dure el cambio de estado. Podría pensarse que la energía desaparece. En el siglo XVII, Leibniz (el filósofo) afirmó que no desaparecía sino que la energía se disipaba entre “las pequeñas partes” de los cuerpos. Propuso esta idea específicamente para mantener el principio de conservación de la energía de las colisiones inelásticas y los procesos con fricción. La fe de Leibniz en la conservación de la energía estaba justificada. Otros experimentos mostraron que la “energía interna”, almacenada en el movimiento de las partículas submicroscópicas de los materiales con los que se experimentaba, cambiaba exactamente en la cantidad precisa para explicar los cambios observados en la “energía externa”.

Otro ejemplo similar es el “invento” del neutrino por parte de Wolfgang Pauli en 1930. Los experimentos parecían indicar que la energía desaparecía en determinadas reacciones nucleares. Pauli propuso que una fantasmagórica partícula subatómica, desconocida e indetectable, que Enrico Fermi llamó neutrino, era un producto de estas reacciones y que portaba energía. Los físicos aceptaron la teoría del neutrino durante más de veinte años, aunque no se había demostrado experimentalmente que existiese. Finalmente, en 1956, se detectaron en las radiaciones de un reactor nuclear. Una vez más, la fe en la ley de conservación de la energía resultó estar justificada.

La idea de “conservación” es tan poderosa que los científicos creen que siempre estará justificada. Cualquier excepción a la ley se considera sólo aparente y se tiene el firme convencimiento de que, tarde o temprano, se llegará a comprender de tal forma que no será necesario abandonar la ley. Como mucho, estas excepciones nos llevarían a descubrir nuevas formas de materia o energía, haciendo a la ley incluso más general y poderosa. El matemático, y filósofo de la ciencia, Henri Poincaré expresó esta idea en 1903 en su libro “Ciencia e hipótesis”:

… el principio de conservación de la energía significa simplemente que hay algo que se mantiene constante. Ciertamente, no importa que nuevas ideas sobre el mundo nos den las futuras experiencias, estamos seguros por adelantado de que habrá algo que se mantendrá constante, y a lo que seremos capaces de llamar energía.

Hoy existe un consenso generalizado sobre que las distintas leyes de conservación son algunos de los principales logros de la ciencia. Todas ellas afirman que, sea lo que sea que ocurra en un sistema de cuerpos que interactúan, ciertas variables medibles permanecerán constantes mientras el sistema permanezca aislado.

La lista de leyes de conservación conocidas ha crecido en los últimos años. El área de física de partículas ha producido buena parte de ella. Algunas de las leyes nuevas todavía no se conocen completamente, mientras que otras se mueven sobre una base no del todo sólida. A pesar de ello, una lista como la que damos a continuación, con las leyes de conservación descubiertas, que es parcial y susceptible de ser cambiada, está entre las herramientas básicas de la ciencia de hoy:

1. Momento lineal

2. Momento angular (incluido el espín)

3. Energía (incluyendo masa)

4. Carga eléctrica

5. Número leptónico

6. Número muónico

7. Número bariónico

8. Extrañeza

9. Isospín

Esta entrada es la participación de Experientia docet en la XII Edición del Carnaval de la Física que este mes alberga La ciencia de la mula Francis.