¿Qué es el principio de conservación de la energía?

Todos lo sabemos: la energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma. ¿Pero qué quiere decir exactamente? ¿Y cómo descubrimos este principio? Seguramente nos sorprenderá que fue un médico el primero en enunciarlo.

Todo comenzó en 1840, cuando un alemán llamado Julius Robert Mayer se embarcaba como médico práctico en un barco holandés con destino a la isla de Java. Durante el viaje descubrió algo que le resultó especialmente llamativo: mientras practicaba las habituales sangrías observó que la sangre no era de color rojo oscuro, como estaba acostumbrado a ver en Europa, sino rojo brillante.

Mayer quiso buscar una explicación. Sabía que el llamado calor animal, que antaño se confundía con la existencia de un fuego interno, era causado por la combustión del oxígeno de la sangre. Entonces, se preguntó Mayer, ¿no podría funcionar el cuerpo humano de forma parecida a una máquina de vapor? 

La suposición principal de Mayer era que tanto el calor corporal como el esfuerzo que realizamos provienen de un mismo sitio: los alimentos que comemos. La diferencia en el color de la sangre, decía Mayer, tiene su origen en que al vivir en un lugar más cálido el cuerpo necesita quemar menos oxígeno para mantener la temperatura interna y, por tanto, la sangre apenas se oscurece.

La consecuencia directa de estos razonamientos es que toda la energía que gastamos viene de lo que ingerimos. El cuerpo no consume más de lo que come, siguiendo el viejo dicho de “nadie da duros a cuatro pesetas”.

Un descubridor olvidado

En 1841 Mayer generalizó estas ideas al resto de la Naturaleza y propuso la existencia de un principio básico, el principio de conservación de la energía. Sin embargo, nadie le hizo caso. Mayer lo tenía todo en contra: no era físico sino médico, sus escritos tenían cierto tufillo metafísico y además criticaba con socarronería las teorías científicas al uso, algo que raramente se perdona. Cuando pocos años después el mérito de este descubrimiento se lo llevó el inglés James Joule, el pobre Mayer luchó porque, al menos, se le atribuyera el mérito de ser el primer descubridor de la ley. En 1849, olvidado por sus colegas, sufrió un colapso mental y al año siguiente quiso suicidarse. Su estado psíquico era tal que tuvo que ser internado durante un año en una institución mental.

El reconocimiento le llegó al final de sus días aunque le sirvió de muy poco. Hoy nadie le recuerda cómo el descubridor del principio de conservación de la energía, haciendo bueno el aforismo legal de “justicia retrasada es justicia denegada”.

Ahora bien, el concepto de energía no se afianzó como tal hasta 1851; desde ese año la física pasó de ser la ciencia de las fuerzas a convertirse en la ciencia de la energía. Mudar fuerza por energía no constituyó algo drástico, ni motivó enfrentamientos ni acalorados debates teológicos, pero que la física concediese el papel de protagonista a la energía arrebatándoselo a la fuerza marcó de manera indeleble su desarrollo posterior y ha permitido avances que hubieran sido imposibles sin este cambio. Sin duda alguna fue el gran hito de la ciencia del siglo XIX.

Feynman al rescate

El problema es que se trata de un concepto tan abstracto que aún hoy sigue siendo mal comprendido. Dejemos hablar a un físico admirable, Richard Feynman: “Hay una ley que gobierna todos los fenómenos naturales conocidos hasta la fecha. Se llama la conservación de la energía. Establece que hay cierta cantidad que llamamos energía que no varía en los múltiples cambios que ocurren en la naturaleza. Es un principio matemático y significa que hay una cantidad numérica que no cambia cuando algo ocurre”.

Feynman propone la siguiente analogía: Imaginemos un niño que tiene unos bloques que son absolutamente indestructibles y cada uno es igual al otro. Supongamos que tiene 28 bloques. Su madre lo coloca junto a los 28 bloques cada la mañana. Al finalizar el día, por curiosidad, ella cuenta los bloques cuidadosamente y descubre una ley fenomenal: haga lo que haga su hijo con los bloques, ¡siempre quedan 28! Ahora bien, la diferencia entre este ejemplo y el principio de conservación de la energía es que en el segundo caso… ¡no hay bloques!

El concepto de energía sólo nos señala la existencia de una propiedad intangible de la materia, algo que nos permite predecir el curso de los acontecimientos naturales. Una piedra colgando a veinte metros de altura tiene ‘algo’ que otra colocada sobre el suelo no lo tiene, y ese ‘algo’ se pone de manifiesto cuando se suelta y cae. Salvando las distancias, es parecido a lo que representan los sentimientos en el ser humano. No son tangibles como pueden serlo la sangre, el bazo o los neurotransmisores, pero están ahí.  Evidentemente hay una base bioquímica subyacente y unos procesos bien reales, pero las sensaciones como tales no son ‘cosas’.

Referencias:

Goldstein, M. y Goldstein, I. F. (1993) The refrigerator and the universe, Harvard University Press 

Harman, P. M. (1982) Energy, force and matter: the conceptual development of nineteenth-century physics, Cambridge University Press

Miguel Ángel Sabadell

Miguel Ángel Sabadell

Astrofísico y doctor en física teórica. Miembro del Comité Editorial de Muy Interesante, es autor de catorce libros, más de 300 artículos y creador de una treintena de proyectos de divulgación científica. Es colaborador habitual en prensa, radio y televisión, y consultor para exposiciones temporales y museos.

Continúa leyendo