XI. LA TEORÍA CINÉTICA DE LA MATERIA EN MÉXICO. PERSPECTIVAS
AUNQUE el título de este capítulo parezca más adecuado para las
historia de Ripley, puede el lector creer que en los últimos 23 años varios
grupos de investigadores mexicanos han hecho contribuciones relevantes y hasta
notables en esta área de la física. La historia empezó en el año de 1963 cuando
el autor de este libro, en su efímero paso por el Centro de Investigación y
Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional, comenzó a interesarse
en el problema de generalizar la ecuación de Boltzmann justamente al caso de
gases densos. Este trabajo, un problema de moda en ese entonces, era objeto
de atención por muchos físicos distinguidos de varias regiones del mundo. Uno
de ellos, Melville S. Green, de los Estados Unidos, mostró interés por lo que
yo hacía y juntos emprendimos un ataque del problema siguiendo algunas ideas
que el propio Green había concebido unos años antes. Esta empresa coincidió
con la invitación de la Universidad Autónoma de Puebla para formar un grupo
de investigación en la Escuela de Física y Matemáticas. Ahí se concentró un
grupo que trabajaba en teoría cinética, integrado por F. Chaos, A. Flores, R.
Alexander-Katz, E. Braun y el autor.
Los múltiples trabajos que se produjeron incluían temas tales como: la fundamentación misma de la ecuación de Boltzmann generalizada, los métodos sistemáticos para calcular coeficientes de transporte, la comparación con resultados obtenidos por otros autores usando ideas diferentes, la aplicación de estos métodos de cálculo de coeficientes de transporte a plasmas y a gases cuyas moléculas incluyen una fuerza atractiva entre ellas y el estudio de la forma de deducir criterios de irreversibilidad similares a los que pueden obtenerse para gases diluidos. Muchas de estas ideas se continuaron por varios años en el grupo de Espectrometría de Neutrones del Centro de Investigaciones Nucleares en Salazar, Estado de México. Este grupo estaba bajo la dirección de Eliezer Braun.
Mientras tanto, entre 1967 y 1974, como parte de las actividades de soporte del programa de investigación básica de procesos petroquímicos iniciados por el autor en el Instituto Mexicano del Petróleo, la investigación en teoría cinética continuó por líneas distintas. Uno de los problemas más delicados y a la vez más importante que aparece en la ingeniería básica de cualquier proceso químico es el de contar con datos confiables de las diferentes cantidades termodinámicas que caracterizan a las sustancias que intervienen en el proceso. Estas cantidades termodinámicas incluyen los datos de equilibrio, la presión, el volumen, la temperatura, las entalpías, las capacidades caloríficas, las energías libres y otras y datos fuera de equilibrio. Las últimas comprenden esencialmente los coeficientes de transporte. Pues bien, uno de los criterios de confiabilidad que deben satisfacer estos datos es que deben reducirse, bajo condiciones prescritas, a los valores obtenidos para un sistema de referencia. En el caso de los datos de equilibrio, este sistema está formado por esferas duras. Fuera de equilibrio, el sistema de referencia habitual es el gas diluido. Esto implica que si tenemos un coeficiente de transporte, la viscosidad, para un fluido denso como el nitrógeno, como función de la densidad y la temperatura, la forma de la expresión matemática para esta viscosidad debe reducirse, en el límite de bajas densidades, a la calculada por el método de Enskog (ver Figura 20). Pero para mezclas formadas por dos o más gases, el problema es más complicado. El análogo del sistema de esferas duras empleado exitosamente en equilibrio como referencia no funciona en el caso de la teoría cinética y la razón es que las ecuaciones que se obtienen a partir de dicho modelo son inconsistentes con las leyes de la termodinámica irreversible, esto es, con el experimento. Este descubrimiento fue hecho en 1971 por L. Barajas, E. Piña y el autor. Hasta la fecha el problema no se ha podido resolver satisfactoriamente. En estos últimos años Esteban Martina, Rolando Castillo y Mariano López de Haro, trabajando conjuntamente con G. Stell los dos primeros, y con E. G. D. Cohen y J.Kincaid el tercero, han hecho progresos promisorios en esta dirección. Es posible que la solución se encuentre en poco tiempo y los ingenieros dispongan de un criterio de confiabilidad adecuado y aceptable para manejar este tipo de datos.
La existencia de un criterio de irreversibilidad como indicamos en el capítulo VIII es una propiedad indispensable que debe poseer una ecuación cinética si ésta ha de considerarse correcta. El mayor obstáculo que se ha encontrado en la obtención de ecuaciones cinéticas para fluidos densos, empezando por la ecuación de Enskog, ha sido la dificultad de mostrar la existencia de dicho criterio. Para la ecuación de Enskog, descrita en el capítulo anterior, este problema fue resuelto de manera independiente y casi simultánea por P. Resibois en Bélgica y M. Grmela de Canadá y el autor en 1979-1980. Sin embargo, subsiste el problema de extender estos análisis, matemáticamente muy complicados, a otro tipo de ecuaciones más complejas que la de Enskog.
El trabajo iniciado en el Instituto Mexicano del Petróleo se continuó exitosamente desde varios aspectos en la Universidad Autónoma Metropolitana a partir de 1974. En el aspecto formal de la estructura general de ecuaciones cinéticas han destacado las contribuciones de José Luis del Río. En el aspecto de la ingeniería básica, Rosa María Velasco y Francisco Uribe han logrado resultados muy halagñeños en el estudio de las propiedades de transporte en gases poliatómicos. Las aplicaciones de la teoría cinética a las reacciones químicas, siguiendo el método de Boltzmann, han sido estudiados por M. Berrondo y J. A. Robles-Domínguez. Este último también ha contribuido al cálculo de los coeficientes de transporte en mezclas de gases a densidades moderadas. Y finalmente, en estos últimos años se ha podido fundamentar la termodinámica irreversible extendida, citada en párrafos anteriores, usando la ecuación de Boltzmann para gases diluidos, así como para el caso de gases poliatómicos, siguiendo el estudio de Velasco y Uribe. Estos trabajos los han realizado Gilberto Fuentes, Luis Felipe del Castillo y Rosalío Rodríguez, en colaboración con el autor.
A riesgo de haber omitido algunos detalles, se puede ver que el interés por esta rama de la física en México ha sido fuerte. Vale la pena subrayar el hecho de que a pesar de su concepción como un campo estrictamente teórico dentro de la física, la teoría cinética también desempeña un papel muy relevante en problemas con carácter más tecnológico. Conviene insistir en este último punto debido a la actitud frecuente y común que se tiene frente a la ciencia en países como el nuestro. Suele pensarse que la "ciencia fundamental" es un lujo exclusivo para países avanzados y que la tecnología es el aspecto del conocimiento que debe impulsarse, preferentemente, en los países en "vías de desarrollo". Nada más absurdo que esta concepción artificial y burda. El desarrollo de la ciencia como unidad es lo que permite, primero, compenetrarse a fondo con el progreso de sus diferentes áreas; segundo, permite, bajo criterios objetivos, extraer de ese cúmulo de conocimientos qué aspectos de ellos tienen una injerencia sustancial en posibles aplicaciones tecnológicas.
En México, nuestra capacidad para satisfacer las necesidades en ingeniería básica es apenas del 15% de la demanda nacional. El diseño de procesos químicos, entre esas necesidades, es prácticamente desconocido. Y de tener que realizarlo algún día tendremos que contar con ingenieros versados en muchos aspectos de la teoría de transporte. Ellos necesariamente tendrán a su vez que aprenderla, si la queremos aprender bien, de quienes tengan en la punta de los dedos los últimos avances en la materia. Aquí aparece entonces la necesidad de contar con expertos en la teoría cinética de la materia. Hoy contamos con algunos en el país. Pero si la actitud tan negativa que se ha tomado en torno al progreso de la ciencia continúa en este campo y en otros, volveremos al punto de partida: los pocos que existen habrán desaparecido sin dejar ni secuela ni escuela.
