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XXVIII Congreso Nacional de Termodinámica
Leopoldo García-Colín Scherer
Su aporte a la termodinámica y a la cultura científica en México
Jorge Arturo Reyes Bonilla
Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica. SEPI Programa de la Maestría en
Ingeniería de Sistemas. Laboratorio de Multimedia. U. P. Zacatenco. 07738 México D. F.
E-mail: troya1@prodigy,net.mx
Resumen
Este artículo no es una biografía de Leopoldo García-Colín Scherer quien murió en el año
2012 al poco tiempo de haberse presentado en el gran evento anual de la Sociedad Mexicana
de Termodinámica, es intento de hacer una reconsideración de sus aportaciones a la ciencia
en México, desentrañar algunos aspectos de su método de investigación y su punto de vista
en cuanto el aspecto del desarrollo de las ciencias fisicoquímicas y matemáticas en México.
En un artículo no será posible ni exponer, ni discutir en torno al cúmulo de trabajos en
muy diversos campos del conocimiento en los que participó Leopoldo García-Colín, se hace
una relatoría de sus trabajos más relevantes, con algunas observaciones críticas del autor del
presente artículo. Pero precisando debiera decirse que se trata de las obras que los que lo
sitúan como un potente difusor de la ciencia en México. En cierta forma es así, para seguir un
poco el estilo de Leopoldo García-Colín, que para el interesado da todas las pistas para poder
adentrarse en una temática determinada.
Leopoldo García-Colín trató aspectos fundamentales de la termodinámica, en mucho de
su trabajo se discute el asunto de la entropía y haciendo una velada crítica a los intérpretes de
sus implicaciones en conformación de nuestra cosmovisión. Sus estudios de termodinámica
van de las mano con sus investigaciones en física estadística, teoría de los cuantos y teoría
de la relatividad; incursionando finalmente en el ámbito de las ciencias biológicas.
Su autoridad en amplio espectro de temas de la física y en particular de la
termodinámica, lo hacen ser coordinador de relevantes eventos, donde sus sólo nombre es
una seña de la calidad de los documentos que de ellos emanaron.
La gran obra de Leopoldo García-Colín Scherer es pues una motivación para los
científicos mexicanos, pero con ello nos impone la responsabilidad de preservarla y
difundirla.
I. El científico que no estaba en una torre de marfil
Este artículo podría haberse comenzado hablando de las aportaciones de Leopoldo
García-Colín Scherer a campos como la termodinámica o la física estadística; sin embargo
ante las decisiones que se están tomando en relación a PEMEX y por tanto que atañe al
futuro del país, he decidido iniciar esta conferencia, recordando los señalamientos que él hizo
y que le costó que una libro suyo fuera prohibido por órdenes de la presidencia de la
República.
Leopoldo García-Colín obtuvo el título de licenciatura en química en 1953 en la
Universidad Autónoma de México (UNAM) y cómo cursaba simultáneamente la carrera de
físico, termina los créditos de esta carrera en 1954.1 Él afirma que en 1960 regresó a México
como único especialista en la rama de física estadística y que por razones de inestabilidad
política nunca pudo lograr el objetivo de crear un equipo de investigación en esa área de la
física. A pesar de su productividad en el tema, que hubiera bastado para convertirse en un
gran “peipero” y aislarse del mundo creando su “torre de marfil”,2 se preguntaba sobre la
realidad nacional y si los físicos estaban ubicados en ella.
Sus meditaciones sobre intervenir en los problemas nacionales, coinciden con la
propuesta (por razones que nunca conoció) en 1967, de hacerse cargo de la Subdirección
de Investigación Científica Aplicada (ICA), del Instituto Mexicano del Petróleo (IMP) por lo
que aunque lo alejaban de sus intereses personales, lo acercaban a “metas y objetivos bien
definidos. Por otra parte era una excelente oportunidad de abrir las puertas de una industria
a las aplicaciones de la física”.3
García-Colín llevaba 14 años de no abrir un libro de química y los problemas de los
proyectos en el IMP eran todos de química; su primera reacción “fue echar a correr”, pero
gracias a un químico amigo suyo el doctor J.M. Ferreira, pudo continuar al convencerlo “de
que realmente algo se podía hacer y además de que la solución de algunos de estos
problemas tendría verdadera trascendencia nacional”.4
El primer obstáculo que se encontró fue la deficiente formación académica adquirida por
los químicos en las diversas instituciones docentes del país, pues carecían de los fundamentos
de la físico-química y de la química moderna, barrera enorme si se deseaba hacer
investigación pura y aplicada. El desconocimiento de la física fundamental, matemáticas
1 García-Colín, Scherer; del Río, Correa José Luis (coordinadores). Cincuenta años de Física Estadística en México. El
Colegio Nacional, UAM. Iztapalapa. México 2011. Pág. XIi. 2 Leopoldo García –Colín respecto al científico mexicano anotó: “Se le ha considerado un objeto de lujo encerrado
en una torre de marfil realizando una serie de actividades creativas totalmente divorciadas de los problemas nacionales”. García-Colín Scherer, Leopoldo. Realidad y Demagogia en la tecnología nacional. El caso de la industria petrolera. El Colegio Nacional. México 2012. Pág. 13 3 García-Colín Scherer, Leopoldo.Ob. Cit. Pág. 86
4 García-Colín Scherer, Leopoldo. Ob. Cit. Pág. 87
avanzadas, termofísica y los elementos de la física moderna, sobre todo atómica y molecular,
presenta un serio obstáculo para aplicar métodos que ocurren en sistemas fuera o bien
cercanos a un estado de equilibrio a problemas de cinética química.
Así los problemas que en otros países eran atacados en departamentos de Química y de
Ingeniería Química, aquí los realizaban físicos, las deficiencias de los egresados de las
facultades de química en ese momento eran tan grandes que afirmó que “es más fácil
convertir en físico-químico a un físico que a un químico”.5
Decía García Colín: “No se puede concebir que un país pretenda desarrollar procesos y
ni siquiera adoptar los existentes para satisfacer sus necesidades, si no se cuenta con un
cierto grupo de investigación básica y aplicada en cinética química”.6 La que en la
actualidad comprende fenómenos de la cinética química, en donde se emplean todas las
técnicas espectroscópicas conocidas para el estudio de mecanismos de reacción, hasta
trabajos con los cuales se busca entender el mecanismo molecular de reacción, su dinámica.
A las apremiantes necesidades de formación de los investigadores y en general del
personal calificado, se sumaba la pobreza de inversión en Investigación y Desarrollo del
propio PEMEX que en 1965 año de la fundación del IMP era considerada “la industria más
poderosa en Latinoamérica”.7 Pero tampoco en ello realizaba inversiones la industria
privada.
Pronto nuestro científico se convirtió en un experto en los asuntos del petróleo, no sólo
entendía que la ciencia y tecnología del petróleo constituyen las actividades más complejas
que el cerebro humano ha desarrollado en los últimos años, interviniendo todas las ciencias
básicas: matemáticas, física, química y biología. Como tecnología está compuesta de
multitud de procesos que constituyen las cinco fases en que podemos subdividir la
producción y transformación del petróleo: exploración, explotación, refinación,
petroquímica, investigación y desarrollo.
Los métodos gravimétricos en la fase de exploración, los cuales se basan en el envío de
una señal que sirve como sonda al interior de la Tierra y observar cómo es alterada en las
diferentes capas que la constituyen, requiere del conocimiento fisicoquímico de esas capas, la
señal recibida es analizada eliminado el ruido. Ante ello García Colín se preguntaba si
contaba con un programa para entender los sistemas (de software) y no verlos simplemente
como cajas negras que sólo se sabe manejar de forma rutinaria.8
Para García-Colín era apremiante la investigación básica y aplicada, pero halló que uno
de los problemas más difíciles al hablar de investigación básica es convencer a las
5 García-Colín Scherer, Leopoldo. Ob. Cit. Pág. 96
6 García-Colín Scherer, Leopoldo. Ob. Cit. Pág. 94
7 García-Colín Scherer, Leopoldo. Ob. Cit. Pág. 152
8 García-Colín Scherer, Leopoldo. Ob. Cit. Pág. 114
autoridades de su existencia.9 La industria nacional en cuanto a los procesos involucrados y
las patentes que lo amparan son extranjeras lo que da por resultado una enorme fuga de
divisas por concepto de regalías, así como la asistencia técnica requerida para su operación,
Petróleos Mexicanos paga por concepto de ingeniería extranjera la erección de plantas en la
industria petroquímica, además las restricciones de los productos como consecuencia de
restricciones de patentes, la baja eficiencia de los rendimientos al procesar materia primas
nacionales con procesos extranjeros.10
García Colín identificó dos fases en que se puede intervenir a corto plazo: la refinación y
la petroquímica; en concreto, con la producción de catalizadores, lo cual es particularmente
relevante en la petroquímica donde los procesos en su totalidad son catalíticos. Una
oportunidad para el país, pues al menos en el año de 1973 la brecha científica y tecnológica
con respecto a los “países avanzados” no era tan grande en la ciencia de los catalizadores, en
donde México debería estar haciendo esfuerzos considerables para alcanzar un nivel
competitivo, señalaba entonces que no hay en el país una sola institución en los cuales
existan progresos de investigación sólida y objetivamente orientados en algún área de la
petroquímica. PEMEX y el IMP después de su creación tampoco han estimulado su
creación, y advirtió, ni hay evidencia de cambio en los próximos 20 y 30 años.11
En abril de 1974 García-Colín se retira del IMP al recibir una invitación para dirigir el
departamento de Física y Química de la naciente Universidad Metropolitana (UAM), quien
lo sustituye (Armando Manjarrez), no comprende o no quiere comprender la importancia del
trabajo desarrollado, modifica el enfoque seguido hacia uno “más práctico” y afín a los
intereses conservadores del IMP, que consideraban la investigación sólo un adorno.12
En 1973 y principios de 1974, de acuerdo a García Colín comenzó la eterna cantaleta
que entonces partió de PEMEX “estábamos en crisis”, de ahí derivaron fuertes reducciones
de presupuesto “por supuesto no para edificar la lujosa torre administrativa del IMP, pues
‘eso sí perdura como testimonio de una administración’, pero sí para la investigación”.
Llegándose a insinuar que el trabajo del investigador era un buen trabajo de gabinete, pero
que “no se utilizaría ni para la construcción de plantas piloto, ni la fabricación de
comercial de catalizadores que se haría bajo convenios con empresas extranjeras, o, en
pocas palabras, que ni Pemex ni el IMP tenían el menor interés en promover y mucho menos
mantener a ese grupo en su seno”. 13
9 García-Colín Scherer, Leopoldo. Ob. Cit. Pág. 46
10 García-Colín Scherer, Leopoldo. Ob. Cit. Pág. 42
11 García-Colín Scherer, Leopoldo. Ob. Cit. Pág. 122
12 García-Colín, Scherer; del Río, Correa José Luis (coordinadores). Cincuenta años de Física Estadística en México.
El Colegio Nacional, UAM. Iztapalapa. México 2011. Pág. XVII. 13
García-Colín Scherer, Leopoldo. Realidad y Demagogia en la tecnología nacional. El caso de la industria petrolera. El Colegio Nacional. México 2012. Pág. 7
En México aún en 1983 había un “extraño” desinterés por la actividad científica pues en
tanto en los EUA, la República Federal Alemana (RFA), la Gran Bretaña, entre el 50 y 60%
de su presupuesto para Investigación y Desarrollo proviene de la industria, en México el 95%
viene del gobierno y el 5% restante de la industria (pública y privada), con lo cual
confirmaba que no había demanda en investigación y desarrollo, gastan en regalías,
asistencia técnica, consultorías, etc.14
En opinión de García Colín, carecemos de una infraestructura científica y teórica en la
rama petroquímica lo cual no pone casi incondicionalmente en manos de los licenciadores de
proceso petroquímicos.
Leopoldo García Colín al salir del IMP, motivado por el escritor Carlos Montemayor
entonces secretario del Colegio Nacional, de que el país conociera las causas de esa decisión,
escribe en 1989 “Realidad y Demagogia en la tecnología nacional. El caso de la industria
petrolera”, pero de acuerdo a lo expuesto en su trabajo “El petróleo de México 1910-
2010”,15
“el entonces presidente de la República, José López Portillo, prohibió la obra por
diez años a pesar de que la editorial no tenía carácter oficial”. Afirmación que no queda
clara pues el período de López Portillo había concluido en 1982 y en 1989 se vivía el período
de Carlos Salinas de Gortari. Fue hasta 1999 que se publica la obra prohibida, por El
Colegio de México.
Según José Luis del Río Correa lo que sucedió es que al presentarse la candidatura de García-
Colín al Premio Nacional de Ciencias y Artes, por parte del entonces rector de la UAM Fernando
Salmerón, recibe el veto presidencial de José López Portillo, quien consideró ofensiva la ponencia
presentada en el Colegio de México, titulada, “La ciencia y la tecnología del petróleo: situación
actual y perspectivas en México”.16
Tal vez al grupo en el poder le molestó que planteara la pregunta “¿Hemos progresado
realmente durante setenta y cinco años que llevamos de sufrir la revolución institucionalizada?”. O al
escribir que “Aquí se premia al burócrata, al oportunista, al que está bien relacionado, al ‘palero’
como solía decirse en términos más pedestres. Al que produce algo hay que fastidiarlo y entre más y
mejor produzca, mayor debe ser el escarmiento”.17
“El petróleo de México 1910-2010”, es otra obra de denuncia y crítica de García-Colín realizada
en los momentos en que se hablaba de un Reforma Energética por el régimen calderonista, armado
con sus profundos conocimientos sobre la industria petrolera, insiste que desde la fase de
exploración hay al parecer un intento deliberado para no dominar la tecnología:
14
García-Colín Scherer, Leopoldo. Ob. Cit. Pág. 146 15
Editada por El Colegio Nacional en 2011 16
García-Colín, Scherer; del Río, Correa José Luis (coordinadores). Cincuenta años de Física Estadística en México. El Colegio Nacional, UAM. Iztapalapa. México 2011. Pág. XIX. 17
García-Colín Scherer, Leopoldo. Realidad y Demagogia en la tecnología nacional. El caso de la industria petrolera. El Colegio Nacional. México 2012. Pág. 12
“para saber realmente la rentabilidad de un yacimiento, hay que determinar su volumen [para
ello] se necesita perforar una buena cantidad de pozos para determinar la superficie y luego
establecer por lo menos la profundidad media […] esto nunca se ha hecho en México con tecnología
propia; por más que nos quieran decir que las brigadas de exploración de Pemex lo han realizado
con tecnología propia, es mentira. Los grandes proyectos de exploración en México siempre fueron
hechos con tecnología extranjera; cierto había brigadas de trabajadores mexicanos que participaban
en el uso de la tecnología extranjera; había pillos que firmaban convenios con las compañías
extranjeras y luego dicha tecnología se la rentaban a Pemex, pero tecnología mexicana nunca la
hubo”.18
Explica que el proceso de refinación es el más sutil y versátil de toda la industria petrolera,
regida por un principio la integración óptima de procesos, parte de los cuales son físicos y
fisicoquímicos y de estos últimos muchos son catalíticos. El gran secreto de la refinación son los
catalizadores, la guerra comercial entre las grandes empresas que se dedican a la refinación está en
la producción de catalizadores de diferentes calidades, cualidades y a bajo costo.
La catálisis es una ciencia que tiene un mayor contacto con la nanociencia, a la que se le invierte
una gran cantidad de dinero y el hecho de que en México nunca se ha producido un catalizador a
escala industrial ha provocado que el país quede “a merced de las empresas extranjeras en cuanto
a refinación”.19
La petroquímica en México ha sido sustituida desde la crisis del petróleo, por la venta
indiscriminada de petróleo crudo, en 40 años se llegaron a exportar 230 mil millones de barriles,
eso fue lo que Fox y Calderón exportaron en 4 meses.20 En el año 2,000 todavía se producían 3,000
millones de barriles diarios, producción que llegó a su máximo en junio de 2004 en que se
produjeron 3,383 millones de barriles al día y vino después el declive en 2010 para acercarse a
2,600 millones. Ni en el período de más altos ingresos petroleros, ni ahora se pensó en invertir ni en
refinación ni en exploración, todo se fue a la producción a sacarlo para la venta.21
Garcia-Colín da un ejemplo contundente de lo que hay que hacer:
“Suiza un pequeño país sin una gota de petróleo, sin salidas al mar, montañoso, etcétera. Pues
este país en 2006 produjo más de 56 millones de dólares en petroquímicos finos: farmacéuticos,
productos orgánicos, colorantes, conservadores de alimentos, saborizantes, fragancias y otras
especialidades.
Les preguntamos a los suizos ¿cómo le hacen? Nos contestan: Tenemos un sistema de
Universidades en donde hay Departamentos de Química de primera. ¿No pudimos nosotros haber
hecho algo similar?”.22
18
García-Colín Scherer, Leopoldo. El petróleo de México. 1910-2010. El Colegio Nacional. México 2011. Pp. 17-18 19
García-Colín Scherer, Leopoldo. Ob. Cit. Pp. 30-31 20
García-Colín Scherer, Leopoldo. Ob. Cit. Pág. 50 21
García-Colín Scherer, Leopoldo. Ob. Cit. Pp. 60-61 22
García-Colín Scherer, Leopoldo. Ob. Cit. Pág. 73
García-Colín con base en lo anterior, señaló en 2010 que no era posible que al cabo de 25 años
no en México no se hubiera hecho innovación tecnológica y esa era la crítica enorme que le hizo a
todo el sistema, tanto en el renglón educativo como en el productivo:
“En México no hay industriales, hay comerciantes, no hay gente que arriesgue su capital en
hacer innovación tecnológica a largo plazo y esto no es nada más problema del gobierno sino
también de la empresa privada y ¿qué es lo que significa esto? Que somos campeones en el aumento
de la pobreza […], aunque bajó un poco en 2006 ahora empieza a crecer, y ya tenemos el 42% de
pobreza en México, cuando eso no debía ser, eso es una vergüenza, ya que por una parte somos
poco innovadores y por la otra seguimos violando todos los principios de la Revolución sobre una
distribución equitativa de la riqueza”.23
II. Su aporte a la teoría cinética y la astrofísica
El campo de investigación de Leopoldo García-Colín, cuando regresó a México en 1960,
tras concluir sus estudios de posgrado, era el de Teoría Cinética y Mecánica Estadística; sin
embargo no había grupos involucrados en el tema, por lo que su empleo fue como asesor
técnico de la Comisión Nacional de Energía Nuclear en 1960 y en 1961 invitado por el
entonces Director del IPN Eugenio Mendez Docurro se convierte en docente de la recién
creada Escuela Superior de Física y Matemáticas (ESFM) del IPN, donde por primera vez
impartió un curso de Mecánica Estadística,24
evitándose así que regresara a los EUA.
La investigación en teoría cinética en México empezó en 1963, cuando Leopoldo García-
Colín, se incorpora el CINVESTAV (Centro de Investigación y Estudios Avanzados del
IPN), a pesar de su corta estancia en esta institución.
Comenzó a intervenir en los problemas de generalización de la ecuación de Boltzmann al
caso de los gases densos. Lo cual había despertado gran interés por aquellos tiempos en
muchos físicos, uno de ellos Melvine S. Green de los EUA, se contacta con García-Colín y
juntos trabajan siguiendo las ideas que Green había concebido años antes.25
El vínculo
coincidió con la invitación a principios de 1964, de la Universidad de Puebla (UAP) de ir a
formar un grupo de investigación en la escuela de Física y Matemáticas, al cual se integraron
23
García-Colín Scherer, Leopoldo. Ob. Cit. Pág. 76-78 24
Leopoldo García Colín Scherer (1930-2012). Un científico de clase mundial http://www.esfm.ipn.mx/Documents/RESENIA_GC3BCD.pdf (consultado agosto 2013). 25
García-Colín, Scherer Leopoldo; Dadug, Leonardo; Sánchez, López José R. Gpe. Introducción a la teoría cinética. El Colegio Nacional. México 2011 Pág. 30 García-Colín, Scherer; del Río, Correa José Luis (coordinadores). Cincuenta años de Física Estadística en México. El Colegio Nacional, UAM. Iztapalapa. México 2011. Pág. XII
F. Chaos, A. Flores, R. Alexander-Katz, E. Braun y el propio García Colín.26
Resultado del
contacto con S. Green es el artículo conjunto The definition of temperatura in the kinetic
theory of dense gases.
Los temas que trataron fueron: fundamentación de la ecuación de Boltzmann
generalizada, métodos sistemáticos para calcular coeficientes de transporte. La comparación
de resultados obtenidos por otros autores, la aplicación de estos métodos al cálculo de
coeficientes de transporte a plasmas y a gases cuyas moléculas incluyen una fuerza atractiva
entre ellos y el estudio de la forma de deducir criterios de irreversibilidad similares a los que
pueden obtenerse para gases diluidos.27
De esta época en la UAP (1964-1966) data el trabajo las notas mimeografiadas de
Termodinámica antecedente de Introducción a la Termodinámica Clásica, escrito en 1970 y
considerado el primer libro de termodinámica en castellano escrito en México,28
cuyo título
no debe engañarnos y pensar que es un texto elemental.
En el capítulo 4 de su Introducción, titulado “El concepto de trabajo en termodinámica”
García–Colín pretende desarrollar el concepto de trabajo en termodinámica y señala que su
significado físico es análogo al encontrado en otros campos de la física; sin embargo, aún
cuando nos lleva a encontrar la expresión matemática del cálculo del trabajo (W) a lo largo
de una trayectoria (Ec.1).29
(1)
Es decir la integral de línea, la cual en este caso es la generalización del cálculo de
trabajo mecánico, no dice qué es el trabajo, sino cómo se calcula.
26
La escuela de física se convierte en el símbolo de la modernización académica de la UAP y es el lugar donde concurren las personas de pensamiento progresista, tocando puntos sensibles de una estructura anquilosada en la Universidad. En 1966 la Escuela de Ciencias fue destruida, cerrada y sus estudiantes y profesores expulsados. Martínez Montes Gerado. La trayectoria Académica de Luis Rivera Terrazas. http://www.smf.mx/boletin/Abr-99/articulo/arti-uap.html (consultado agosto 2013) De acuerdo a Tiempo Universitario. Gaceta Histórica de la UAP. Año 1 No.19 1998, en 1966 un grupo derechista identificado con la rectoría destruye la escuela de Físico- matemáticas, Economía y la Preparatoria Benito Juárez. http://www.segen.buap.mx/au/tiempo/paginas/1998/ano1num19.htm (consultado agosto 2013) 27
García-Colín, Scherer Leopoldo; Dagdug, Leonardo;Sánchez, López José R. Gpe. Introducción a la teoría cinética. El Colegio Nacional. México 2011. Pp. 30-31 28
Menache, Goldstein Patricia. “Los primeros cincuenta años de la física estadística en México” en García-Colín, Scherer; del Río, Correa José Luis (coordinadores). Cincuenta años de Física Estadística en México. El Colegio Nacional, UAM Iztapalapa. México 2011. Pág. 3 29
García-Colin, Scherer Leopoldo. Introducción a la termodinámica clásica. Trillas México 1990. Pág. 41
Puede probarse que
, considerando
y
, así como la identidad
Resultando obvia la relación con la energía cinética; lo cual le servirá al comienzo del
capítulo 5 para afirmar “el trabajo es una formas de energía”. Este capítulo titulado “El
concepto de energía y la primera ley de la termodinámica”, nos habla de una “variable
energía interna” (U), cuyo valor “está ligado a la naturaleza microscópica del sistema y su
determinación es necesario hacerla por medios macroscópicos ya que las propiedades de
cada una de las moléculas nos son inasequibles. Por esta razón se le denomina energía
interna del sistema”.30
En el mismo capítulo 5 dice que “la energía transmitida por medios no mecánicos la
llamaremos calor”.31
Pero tampoco aquí, aclara qué es la energía. Años más tarde al tratar el
asunto de la cosmología da cuenta de una ambigüedad en la expresión del concepto de
energía en el mundo científico.
Muchas de las ideas impulsadas en la UAP, fueron continuadas por el grupo de
Espectroscopía de Neutrones del Instituto Nacional de Investigaciones nucleares dirigido por
Eliezer Braun. Incorporado al Centro Nuclear de México, García-Colín en colaboración con
Braun, establece la equivalencia entre las teorías de Bogoliub y Prigogine y en colaboración
con el profesor Luis de la Peña Aurbach, hace una Descripción Cuántica del Movimiento
Browniano y una Generalización de la Ecuación de Schrödinger.32
Su conexión con la astrofísica a partir del su intervención en teoría cinética es inevitable:
en un gas a temperatura alta y densidad baja, los átomos pierden electrones y queda con iones
de carga positiva. Un gas así ionizado se llama plasma, aunque es globalmente neutro
contiene cargas libres de signo opuesto, iones y electrones y conduce la electricidad. Casi
toda la materia del universo es plasma.
El fundador de la física de plasmas es Irving Langmuir (doctorado con Nernst y premio
Nobel en 1932), fue él quien acuñó en 1927 el término plasma para referirse a gases
ionizados. Son diversos problemas a investigar con la materia en estas condiciones, como son
procesos de transporte relacionados con efectos disipativos; como señala García-Colín, la
apabullante mayoría de los autores se refiere a los resultados clásicos obtenidos por Lyman
Spitzer y S. Braginski, cuya metodología “está basada en la idea pionera de Landau de que
30
Idem. 31
García-Colin, Scherer Leopoldo. Ob. Cit. Pág. 63 32
García-Colín, Scherer; del Río, Correa José Luis (coordinadores). Ob. Cit. Pág. XIV.
las colisiones en plasmas pueden ser consideradas sustancialmente como un proceso
difusivo. Consecuentemente, la ecuación cinética a seguir es la versión de Fokker-Planck de
la ecuación de Boltzmann”.33
Los plasmas son fluidos, su comportamiento es más difícil de estudiar que en el caso de
los gases, ya que al ser “una sopa de cargas eléctricas”, no basta la mecánica, ya que el
electromagnetismo es fundamental para su entendimiento.34
García-Colín podía abordar el
problema del plasma porque desde su tesis de Doctor en Filosofía versa sobre las
propiedades del helio superfluido a través de un modelo de esferas rígidas, lo que le valió
además de haber recibido en Maryland el premio al Mejor Estudiante Graduado de Física en
el período lectivo 1956-1957, el ser contratado como Investigador Asociado en el Instituto de
Matemáticas aplicadas y Dinámica de Fluidos de la propia Universidad de Maryland.35
Su libro “La teoría Cinética de un Plasma ionizado” (2008), es resultado de tres años de
trabajo para responder las interrogantes señaladas por varios investigadores en el campo de la
astrofísica. No es un libro sencillo para quienes carecen de un profundo arsenal matemático,
lo cual, aunque en menor medida también se denota en su obra “Introducción a la teoría
cinética”.
Lo mínimo que los educadores deben rescatar de estas obras es que debe insistirse en
cursos de cálculo vectorial y tensorial, pero sobre todo ir a los fundamentos: ahondar en los
aspectos conceptuales de la geometría en coordenadas esféricas, por ejemplo, para realizar
cálculos de volúmenes y determinar el cálculo del número de partículas en cierto volumen.
El mismo García-Colín sostenía que el contenido básico de su trayectoria se sustentaba
en cuatro conceptos importantes: Ciencia, Educación, Tecnología y la Matemáticas.36
Pero
no de una ciencia aislada: el físico necesita de las matemáticas, el químico de ambos y el
biólogo de los tres.
Pero volviendo al asunto de la astrofísica, por este sendero se llega a la cosmología física,
que estudia la estructura a gran escala y la dinámica del Universo, tratando de responde a las
preguntas acerca del origen, la evolución y destino del Universo.
De sus exposiciones sobre cosmología, hago un resumen:
Cuando el Universo tenía unos cuantos segundos de edad y la temperatura era superior a
un billón de grados Kelvin (1012
K), existió un estado de equilibrio entre materia y radiación
33
García-Colín, Scherer Leopoldo; Dagdug, Lima Leonardo. La teoría cinética de un plasma diluido ionizado. El Colegio Nacional. México 2008. 34
[ Mecánica de Fluídos I] Líquidos, gases y plasmas. http://eltamiz.com/2012/09/14/mecanica-de-fluidos-i-liquidos-gases-y-plasmas/ (consultado julio 2013). 35
García-Colín, Scherer Leopoldo; del Río, Correa José Luis (coordinadores). Cincuenta años de Física Estadística en México. El Colegio Nacional, UAM- Iztapalapa. México 2011. Pág. XIi 36
García-Colín, Scherer Leopoldo; del Río, Correa José Luis (coordinadores). Ob. Cit. Pág. XXIII, XVII.
durante el cual las partículas y sus correspondientes antipartículas se aniquilaban y creaban,
generando y consumiendo radiación. Una época en que el Universo esta tan caliente y era
tan denso que los átomos estaban disociados en electrones y núcleos de manera que la
dispersión de electrones por fotones mantuviera el equilibrio entre materia y radiación.
La temperatura para crear un par protón-antiprotón es de 1013
K. A medida que el
Universo se enfría y durante un período de entre 1 y 200 segundos de edad, decrece el umbral
de temperatura necesario para la creación y aniquilación de pares, al llegar a T~109 K se
inician las reacciones nucleares que culminan con la formación de elementos ligeros H, D
(deuterio), He, Li. Al llegar a 105 años, a una temperatura de 4 x 10
3 K la materia se
“desacopla” de la radiación; en otras palabras la desaparición de los electrones libres rompió
la interacción de la materia con la radiación y de ahí los fotones pueden viajar libremente
por el Universo, ésta es la Radiación Cósmica de Fondo.37
Pero la radiación también es materia, como lo demostró el Arthur Compton, el fotón es el
portador de la energía, del movimiento, no hay “energía pura” al estilo del energetismo de
Wilhelm Ostwald, que no sólo ha dado lugar a especulaciones pseudocientíficas, sino a un
lenguaje difuso en la ciencia, como bien se da cuenta García Colín: “Aquí debemos aclarar
que parece haber una ambigüedad en el lenguaje; pues masa y energía se usan como
sinónimos recordando la bien conocida fórmula de E = mc2 donde c es la velocidad de la
luz. De ahí que podamos hablar de la masa de la radiación si la tomamos como una energía
dividida por c2”.
38
Pero esta suposición cualitativa derivada de una relación cuantitativa, nos lleva a
sustituir el concepto de materia (no sólo de masa), por la de energía y entonces el
cosmólogo, comienza a llamar “energía obscura” a la materia que no puede identificar y
pero “capaz de contrarrestar; sino de superar la energía gravitacional que debiera estar
desacelerando al universo”.39
Así la ambigüedad se extiende para confundir materia, masa,
energía y fuerza, es la Ambigüedad Unificada.
III. Boltzmann, guía del científico.
La referencia a la obra de Ludwig Boltzmann es una constante hallada en los textos
científicos de Leopoldo Garcí-Colín, revisando el artículo “Las ideas de Boltzmann. El
37
García-Colin, Scherer Leopoldo “Pilares de la teoría de la gran explosión” en Una Visión Integradora. Universo, vida, hombre y sociedad. Módulo I. El Colegio Nacional. Pág. 45 -Colin, Scherer leopoldo. La estructura del Universo. El Colegio Nacional 2005. Pp 13-15 38
García-Colin, Scherer leopoldo. La estructura del Universo. El Colegio Nacional 2005. Pp. 20-21 39
García-Colin, Scherer Leopoldo. “Pilares de la teoría de la gran explosión” en Una Visión Integradora. Universo, vida, hombre y sociedad. Módulo I. El Colegio Nacional. Pág. 41
problema de la segunda ley de la termodinámica”,40
el lector descubre que como método ha
ido hasta las fuentes, ha leído directamente del alemán a Boltzmann para aclarar el asunto
de la segunda ley de la termodinámica: Clausius en 1865 estableció de manera rigurosa la
segunda ley de la termodinámica, para procesos reversibles, e introdujo el concepto de
entropía, cuya definición para estos procesos es (Ec. 2)
(2)
.
“De esta fórmula surge la famosa idea, que al parecer originalmente fue de Clausius y
que Helmholtz se encargó de diseminar, sobre la ‘muerte térmica del Universo’, según la
cual éste, como un sistema aislado, iba eventualmente a agotar toda su energía hasta
maximizando su entropía, hasta llegar a un estado ‘carente de eventos, donde ya no pasaría
nada”.41
Estas ideas fueron las que motivaron a Boltzmann a escribir su primer artículo sobre
Termodinámica. En el libro de Maxwell de 1871 se plantea por primera vez la entropía
como una probabilidad y por su parte Lord Rayleigh había comentado que “la segunda ley
no es necesariamente cierta a nivel molecular”.
Boltzmann en su investigaciones llega a la expresión H que no es la entropía fuera de
equilibrio función con la cual debería identificarse, no es la entropía como la entendemos en
términos de Clausius, sino el logaritmo de la probabilidad del estado del gas.. “Es la función
H la cual, con respecto a la distribución inicial. La que está gobernando la evolución del
sistema fuera de equilibrio, no es la entropía, por lo menos no como la entendemos de
acuerdo con Clausius”.42
Imagine el lector que el humo que un fumador lanza al ambiente, de pronto regresara a la
boca de su emisor; si el asunto de la entropía es probabilístico, no se trataría de un asunto
imposible, sino algo menos probable; lo cual hace recordar una nota del texto de
Fisicoquímica de Robert A. Alberty y Farrington Daniels:
“En el movimiento browniano, donde sólo unas cuantas partículas se observan con un
ultramicroscopio, se encuentra que las partículas diminutas se desplazan desde la región de
baja concentración a la región de alta concentración en directa violación de lo que se
esperaría de la segunda ley para un sistema que contiene muchas partículas”.43
40
García-Colín, Scherer Leopoldo. “Las ideas de Boltzmann. El problema de la segunda ley de la termodinámica” en Memoria 2006. El Colegio Nacional. México 2006. Pp. 129-148 41
García-Colín, Scherer Leopoldo. “Las ideas de Boltzmann. El problema de la segunda ley de la termodinámica”. Ob. Cit. Pp. 136-131. 42
García-Colín, Scherer Leopoldo. “Las ideas de Boltzmann. El problema de la segunda ley de la termodinámica”. Ob. Cit. Pp. 144-145. 43
Alberty, Robert A.; Daniels, Farrington. Fisicoquímica. Versión SI. CECSA México. 1984. Pág. 60
Referencias Bibliográficas
1) García-Colín, Scherer; del Río, Correa José Luis
(coordinadores). Cincuenta años de Física Estadística en
México. El Colegio Nacional, UAM- Iztapalapa. México
2011
2) García-Colín Scherer, Leopoldo. Realidad y
Demagogia en la tecnología nacional. El caso de la
industria petrolera. El Colegio Nacional. México 2012
3) García-Colín Scherer, Leopoldo. El petróleo de
México. 1910-2010. El Colegio Nacional. México 2011
4) García-Colin, Scherer. La estructura del Universo. El
Colegio Nacional 2005.
5) García-Colin, Scherer. “Pilares de la teoría de la gran
explosión” en Una Visión Integradora. Universo, vida,
hombre y sociedad. Módulo I. El Colegio Nacional
6) García-Colín, Scherer Leopoldo; Dagdug, Lima Leonardo. La teoría cinética de un plasma diluido
ionizado. El Colegio Nacional. México 2008.
7) García-Colín, Scherer Leopoldo; Dadug, Leonardo; Sánchez, López José R. Gpe. Introducción a la
teoría cinética. El Colegio Nacional. México 2011
8) [ Mecánica de Fluídos I] Líquidos, gases y plasmas. http://eltamiz.com/2012/09/14/mecanica-de-
fluidos-i-liquidos-gases-y-plasmas/ (consultado julio 2013)
9) García-Colin, Scherer Leopoldo. Introducción a la termodinámica clásica. Trillas México 1990.
10) García-Colín, Scherer Leopoldo. “Las ideas de Boltzmann. El problema de la segunda ley de la
termodinámica” en Memoria 2006. El Colegio Nacional. México 2006
11) Alberty, Robert A.; Daniels, Farrington. Fisicoquímica . Versión SI. CECSA México. 1984
12) Leopoldo García Colín Scherer (1930-2012). Un científico de clase mundial
http://www.esfm.ipn.mx/Documents/RESENIA_GC3BCD.pdf (consultado agosto 2013).
Fig. 1 Leopoldo García-Colin Scherer y
el autor del presente artículo, en el
XXVII Congreso Nacional de
Termodinámica 2012