IV. ALGO SOBRE PROCESOS IRREVERSIBLES
SUPONGAMOS que se tiene agua en un vaso y que en cierto instante se vierten dentro de éste varias gotas de tinta negra (Figura 7). Observaremos que, al transcurrir el tiempo, varias partes del agua empiezan a oscurecerse. En instantes posteriores, otras porciones del agua, que antes permanecían transparentes empiezan a colorearse. Esto ocurre hasta que, finalmente, toda el agua se oscurece. Una vez que esto sucede, el agua permanecerá indefinidamente así, a menos que se le haga algo.
Figura 7. La difusión de gotas de tinta en agua es un proceso irreversible.
En esta experiencia la tinta, que inicialmente estaba en la parte superior del vaso, se difundió hasta que se homogenizó dentro del líquido. Al final del proceso la tinta quedó distribuida uniformemente dentro del agua. Una vez que se ha llegado a la situación uniforme, logra un estado de equilibrio.
El proceso por medio del cual se alcanza este estado es, en el ejemplo descrito, irreversible. Se le califica de esta manera porque no se da el caso de que en forma espontánea la tinta se recoja en algún lugar del agua. Por ejemplo, no ocurre que la tinta vuelva a formar las gotas que originalmente se vertieron.
Otro ejemplo sería el mencionado en el capítulo II: si dos cuerpos que están inicialmente a dos temperaturas distintas se ponen en contacto, el cuerpo caliente se enfría y el cuerpo frío se calienta, hasta que ambos adquieren la misma temperatura. Esta temperatura común tiene un valor intermedio considerando las temperaturas iniciales. Una vez que los cuerpos tienen la misma temperatura la conservarán indefinidamente. Se dice, otra vez, que han llegado a un estado de equilibrio.
Este proceso también es irreversible, ya que por más tiempo que esperemos, no ocurre que de pronto uno de los cuerpos empiece a enfriarse y el otro a calentarse.
Un número muy grande de los fenómenos que conocemos son irreversibles. Además de los que acabamos de describir se pueden mencionar, por ejemplo, el envejecimiento de las personas, la disipación de energía mecánica por fricción en cualquier motor, la disipación de la energía al fluir una corriente eléctrica por un conductor, etcétera.
Un ejemplo más de proceso irreversible es el movimiento browniano. En efecto, si inicialmente la partícula suspendida tenía cierta velocidad y cierta posición, después de un tiempo dado y en particular en el régimen en que el desplazamiento cuadrático medio es lineal en el tiempo, la posición de la partícula y su velocidad ya no vuelven a tomar los valores que tenían inicialmente. Esto significa que la partícula no regresa al estado que tenía inicialmente. Por tanto, el movimiento browniano es un proceso irreversible.
Nos podemos dar cuenta de que en los distintos fenómenos irreversibles que hemos descrito va siempre involucrado un tiempo muy especial. Este tiempo es el que tarda el sistema en lograr el estado de equilibrio. Por ejemplo, en el caso de la difusión de la tinta en el agua, este tiempo es el que transcurre desde que se vierten las gotas de agua hasta que la coloración es uniforme. En el caso de los cuerpos a distintas temperaturas, éste es el que ellos tardan en alcanzar la temperatura común. A este tiempo se le llama tiempo de relajación del sistema.
Dado que los procesos irreversibles son tan frecuentes es muy importante poder entenderlos. En particular es de interés saber de qué factores depende el tiempo de relajación de un sistema.
