Apuntes fundamentales sobre energía

San Agustín dijo acerca del tiempo: si nadie me lo pregunta, sé qué es; pero si quiero explicárselo a alguien que me lo pregunta, entonces no sé qué es. Puede ser aceptable pensar con esta misma fórmula en otro agente o elemento tan fundamental y misterioso como el tiempo. Sorprendentemente, aún hoy no existe una respuesta totalmente satisfactoria para la pregunta ¿qué es la energía?, y, sin embargo, sabemos que todo lo que sucede en el universo sucede por o mediante o debido a ella. Como apunta el doctor Vaclav Smil en [1], todo fenómeno, desde la rotación de una galaxia, hasta las reacciones nucleares que ocurren dentro de las estrellas; desde el movimiento de los océanos, hasta el impacto de una diminuta gota de lluvia sobre una piedra; todo, pues, ocurre debido a una transformación de una forma de energía a otra.

En ese sentido, aunque no contamos con una definición satisfactoria, sí podemos pronunciar algunas certezas al respecto. Por ejemplo, conocemos que toda la materia es energía en reposo; y que, de hecho, una cantidad moderada de materia posee una gran cantidad de energía intrínseca: más exactamente, posee tanta energía como su masa multiplicada por la velocidad de la luz al cuadrado, de acuerdo a la famosa ecuación de Albert Einstein: E=mc ² [2]. Asimismo, podemos afirmar, no sin certidumbre, que la energía se manifiesta de muchas formas y que puede pasar de una forma a otra mediante un proceso de transformación. Una clasificación general provista en [1] enumera las siguientes formas de energía: electromagnética, química, nuclear, térmica, cinética y eléctrica. Enumeradas, claro es, sin ningún orden jerárquico, puesto que todas las formas de energía y sus conversiones han sido cruciales y han moldeado, en buena parte, el curso de la historia de la humanidad. Por mencionar un ejemplo, hoy sabemos que la desviación fundamental en el proceso evolutivo de los seres humanos no fue el tamaño del cerebro ni la elaboración de herramientas, sino el bipedalismo, cuyos orígenes se ubican hace 7 millones de años y cuyas causas apuntan más razonablemente hacia un ahorro en el gasto energético [1].

De igual forma, tenemos la certeza de tres principios fundamentales que rigen el comportamiento de la energía y sus formas y sus transformaciones. El primer principio señala que todas las formas de energía pueden convertirse en energía térmica (calor). El segundo principio dicta que la cantidad de energía permanece siempre constante aun después de sufrir una transformación. El tercer principio apunta que, conforme la energía sufre diferentes transformaciones de manera consecutiva, su potencial para realizar trabajo útil disminuye.

El segundo principio corresponde a la Ley de la conservación de la energía, la cual, trasladada a sistemas termodinámicos, es conocida como Primera ley de la termodinámica. El tercer principio corresponde entonces a la Segunda ley de la termodinámica: la pérdida de la capacidad de la energía para realizar un trabajo útil disminuye conforme sufre transformaciones (su entropía aumenta). La segunda ley establece asimismo la irreversibilidad de los fenómenos físicos, lo cual puede ser ejemplificado de la siguiente forma: cuando se transmite potencia eléctrica a través de una línea de transmisión, existen pérdidas de energía debido a la resistencia de los conductores, es decir, una pequeña parte de la energía eléctrica se convierte en calor y se disipa hacia el ambiente; sin embargo, la segunda ley impide que el calor del medio ambiente fluya hacia el conductor y se convierta en electricidad [3].

Ya enlistadas algunas certezas fundamentales, es necesario señalar que nuestra ignorancia respecto a la energía (y a todo) es muy superior a nuestro conocimiento: aún no podemos explicar con claridad lo que sucede en escenarios donde la energía se presenta en valores extremos, como en los agujeros negros o en el Big Bang. Sin embargo, no es insensato considerar que algún día habrá explicaciones para ello y para muchas otras cosas que hoy ignoramos, aunque para entonces quienes leemos esto no estemos ahí para tratar de entenderlas.

[1] Smil, Vaclav. Energy and Civilization: A History. REV - Revised, 2 ed., The MIT Press, 2017. JSTOR, www.jstor.org/stable/j.ctt1pwt6jj. Accessed 4 July 2020.

[2] https://es.wikipedia.org/wiki/Equivalencia_entre_masa_y_energía

[3] Von Meier, Alexandra. Electric Power Systems: A Conceptual Introduction. John Wiley & Sons, 2006