Química

La Universalidad

Publicado por Mónica González

El paradigma de las transiciones de fase continuas es la transición del estado paramagnético del hierro hacia el estado hierromagnético, a la temperatura de Curie, Tc = 1043 K. El spin de cada átomo de hierro tiene una orientación particular, correspondiente a la dirección de su campo magnético local. Abajo de Tc, los spins apuntan en direcciones diferentes y  sus campos magnéticos  se cancelan. Esta configuración desordenada es causada por el movimiento térmico aleatorio de los spins. Cuanta más alta sea la temperatura, más difícil es que cualquier arreglo ordenado de spins se mantenga. Sin embargo, cuando la temperatura baja, los spins se alinean espontáneamente. En lugar de cancelarse unos a los otros, los campos magnéticos individuales  se añaden, produciendo un campo magnético macroscópico.

La teoría prevé que los fluidos y los imanes (uniaxiales) tienen exactamente el mismo comportamiento crítico. Esta previsión fue confirmada a través de experiencias sofisticadas y es uno de los triunfos de la Física Teórica do siglo XX. La universalidad es también aplicable a las transiciones de fase en fluidos complexos: polímeros y soluciones poliméricas, micro emulsiones, cristales líquidos, fluidos en materiales porosos, geles y espumas.

Grandes fluctuaciones, susceptibilidad extrema a las perturbaciones externas y estructura en todas las escalas son las características de todos los sistemas críticos.

Clases de universalidad: caballos, coches y barcos

La universalidad del comportamiento crítico motivó la búsqueda de los aspectos de las interacciones microscópicas importantes en la determinación de los exponentes críticos y de las funciones de escala. Respuestas a estas cuestiones fueron dadas por aplicaciones de la teoría del grupo de renormalización. Los resultados de estos estudios mostraron que cuando la escala cambia, las ecuaciones que describen el sistema cambian de tal forma, que en el límite termodinámico sólo algunos aspectos del sistema son relevantes. El descubrimiento de esta universalidad implica en la existencia de mecanismos profundos, generalmente simples, responsables por el comportamiento de los sistemas críticos. Ideas como estas, guiaron los físicos en problemas de investigación inter disciplinares y pusieron en evidencia semejanzas entre problemas y disciplinas aparentemente muy diferentes.

Hoy en día los descubrimientos hechos en el  contexto de los fenómenos críticos son aplicados en el área de las ciencias naturales, donde los efectos cooperativos tiene un papel decisivo: La física de polímeros usa ideas y métodos de la teoría de fenómenos críticos, la teoría de la percolación (fenómenos críticos geométricos) es aplicada a la descripción de las transiciones de los vidrios y de los geles, y existen analogías sorprendentes entre las transiciones de fase en el equilibrio y los procesos de autoorganización  fuera del equilibrio (incluyendo sistemas no físicos). El mundo a nuestro alrededor está repleto de fenómenos donde el lenguaje de las transiciones de fase termodinámicas, dinámicas o geométricas parece ser la más adecuada.

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