El cero absoluto es el punto imaginario en el cual una sustancia está tan fría que el movimiento de sus átomos cesa. Cuando hablamos de que una temperatura es cercana al cero absoluto, no nos referimos a que esté cerca de los 0 ºC, sino mucho menos. El cero absoluto propiamente dicho no ha llegado a alcanzarse jamás, ni en la naturaleza, ni en el laboratorio. Pero los científicos se han acercado mucho. Puede que llegar al cero absoluto sea matemáticamente imposible, e incluso aunque pudiéramos alcanzarlo quizá no lo sabríamos puesto que ningún termómetro es capaz de medirlo.
Las leyes de la termodinámica, una piedra angular de la física moderna, ayudan a explicar cómo actúan las cantidades físicas bajo ciertas condiciones y en ciertas circunstancias. Estas leyes en su mayoría no han sido cuestionadas, excepto la tercera ley. Fue desarrollada por el químico Walther Nernst entre 1906–12. Los científicos han cuestionado durante mucho tiempo la validez de esta ley, que establece:
La entropía de cualquier sustancia pura en equilibrio termodinámico se acerca a cero cuando la temperatura se acerca a cero (Kelvin), o por el contrario, la temperatura (Kelvin) de cualquier sustancia pura en equilibrio termodinámico se acerca a cero cuando la entropía se acerca a cero.
Cuando medimos la temperatura de algo estamos registrando la energía media de las partículas que lo componen. La temperatura nos indica lo rápido que vibran o se mueven sus partículas. En un gas o un líquido, las moléculas son libres de viajar en cualquier dirección y a menudo chocan unas contra otras. Así que la temperatura está relacionada con la velocidad media de las partículas. En un sólido, los átomos están unidos formando una estructura de rejilla, como un Meccano que se mantiene unido por medio de enlaces electrónicos.
Tercera ley de termodinámica: La entropía de una sustancia es cero si la temperatura absoluta es cero
Cuando se calienta, los átomos están llenos de energía y se mueven nerviosamente, como en una gelatina temblequeante, mientras continúan en sus posiciones. Si se enfría el material, los átomos se mueven menos. En un gas, su velocidad disminuye; en un sólido las vibraciones se reducen. Si la temperatura sigue bajando, los átomos cada vez se mueven menos. Si se enfriara lo bastante, una sustancia podría llegar a estar tan fría que el movimiento de sus átomos cesara por completo.
El cero absoluto es aproximadamente −273,15 °C. De manera teórica los científicos pueden afirmar que esta es la mínima temperatura alcanzable por una molécula o cuerpo, pues a ese nivel no existiría vibración atómica alguna. De hecho a O Kelvin (−273,15 °C), todas las sustancias aparecerían en modo sólido y las moléculas ni se moverían ni llegarían a vibrar. Este hipotético punto de reposo se denomina cero absoluto.
En laboratorios de la tierra los físicos pueden acercarse mucho a esta temperatura, pero los científicos afirman que es imposible alcanzar el cero absoluto. De hecho la mínima temperatura jamás conseguida se obtuvo enfriando un gas en un campo magnético hasta medio nanokelvin (es decir, 5·10−10 K) por encima del mínimo teórico, el cero absoluto.
El Gran Frío
¿Cómo sería el cero absoluto? Sabemos cómo es cuando la temperatura exterior alcanza temperaturas bajo cero o cuando empieza a nevar. El aliento se congela y los dedos se entumecen. Eso ya es bastante frío. En ciertas zonas de Norteamérica y Siberia se pueden alcanzar temperaturas de 10 a 20 bajo cero en invierno y en el Polo Sur se llega incluso a -70 grados Celsius.
La temperatura natural más fría que se puede experimentar en la Tierra es de -89 grados Celsius o 184 kelvin, alcanzada en Vostok, en el corazón de la Antártida en 1983. Y el entorno más frío que se ha encontrado hasta ahora en el universo está situado en el interior de la nebulosa Boomerang, una nube gaseosa oscura que se encuentra justo un grado por encima del cero absoluto.
Nebulosa Boomerang. Fuera de esta nebulosa y en todo el espacio vacío, la temperatura ambiente es relativamente suave, de 2,7 kelvin. Este tibio baño se debe a la radiación de fondo de microondas cósmicas, calor remanente del propio big bang, que perdura en el espacio.
Fuera de esta nebulosa y en todo el espacio vacío, la temperatura ambiente es relativamente suave, de 2,7 kelvin. Este tibio baño se debe a la radiación de fondo de microondas cósmicas, calor remanente del propio big bang, que perdura en el espacio.
Para enfriarse aún más, las regiones tendrían que resguardarse de esta calidez de fondo y los átomos deberían haber perdido su calor residual. Por lo tanto, es prácticamente inconcebible que en algún punto del espacio se encuentre el cero absoluto.
Realmente, el cero absoluto es una idea abstracta. Jamás se ha alcanzado en un laboratorio, ni se ha medido en la naturaleza. Mientras tratan de aproximarse a él, los científicos tienen que aceptar que quizá no sea posible alcanzar con certeza el cero absoluto.
¿Y esto por qué? Es difícil medir la temperatura a energías tan bajas, donde intervienen otros efectos como la superconductividad y la mecánica cuántica, afectando al movimiento y a los estados de los átomos. Por lo tanto, nunca podremos tener la seguridad de haber llegado hasta él.
