Impulso de la ciencia espiritual para el desarrollo de la física
El calor en la frontera de la materialidad positiva y negativa
VIII conferencia
Máquina de vapor. Conversión del calor en trabajo y viceversa. Los dos teoremas principales de la teoría del calor por Ed. v. Hartmann. J. R. Mayer. Lucha por un "sistema cerrado" en el cuerpo sólido. Esquema de los estados de los cuerpos: forma en el sólido y condensación-dilución en el gas, líquido en medio; el calor entre la condensación-dilución y el devenir material- devenir espiritual. El espectro ordinario y el círculo cromático cerrado de Goethe. Comparación con el esquema de los estados del cuerpo.
Stuttgart 8 de marzo de 1920
Ayer realizamos un experimento en el que descubrimos que el trabajo mecánico ejercido por la fricción de una paleta que gira en una masa de agua se transforma en calor. Se les mostró que el agua en la que giraba la paleta se calentaba.
Hoy haremos justo lo contrario. Ayer demostramos que, en cierto modo, debemos buscar una explicación para la aparición del calor mediante la acción del trabajo. Ahora vamos a seguir el proceso inverso.
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| fig. 1 |
En primer lugar, calentaremos este aire (véase figura 1) mediante una llama, elevaremos la presión del vapor y, de este modo, provocaremos un efecto mecánico por medio del calor, de forma similar a como se mueven todas las máquinas de vapor. El calor se transforma en trabajo mediante el cambio de presión. Dejando pasar la presión por un lado subimos la campana -pistón movible- y dejando enfriar el vapor, la presión disminuye, la campana vuelve a bajar y hemos realizado un trabajo mecánico, consistente en este movimiento de subida y bajada. Podemos ver el agua de condensación que reaparece cuando enfriamos, y corre hacia este matraz. Después de haber dejado que todo el proceso tenga lugar, después de que el calor que hemos producido aquí se haya transformado en trabajo, determinemos si este calor se ha transformado totalmente en el movimiento ascendente y descendente de la campana o si se ha perdido parte de él. El calor no transformado en trabajo debe aparecer como tal en el agua. En caso de una transformación completa, el agua de condensación no mostraría ningún aumento de temperatura. Si se produce un aumento de temperatura que podemos determinar observando si el termómetro indica una temperatura superior a la ordinaria, entonces este aumento de temperatura procede del calor que hemos suministrado. En este caso, no podríamos decir que el calor se ha transformado completamente en trabajo; quedaría una parte. Así podemos saber si todo el calor se ha transformado en trabajo o si una parte aparece como calor en el condensado. El agua está a 20° y podemos ver si el condensado está a 20° o muestra una temperatura más alta, lo que indica una pérdida de calor en este condensado. Ahora condensamos el vapor; el agua condensada cae en el matraz. Una máquina puede funcionar de esta manera. Si el experimento tiene pleno éxito, podrán determinar por sí mismos que el condensado muestra un considerable aumento de temperatura. De este modo podemos demostrar, al realizar el experimento inverso al de ayer, que no es posible recuperar como trabajo mecánico en forma de movimiento ascendente y descendente de la campana todo el calor sobrante. El calor utilizado para producir trabajo no se transforma del todo, sino que siempre queda una parte.
Primero queremos comprender este fenómeno. Consideremos ahora cómo la física ordinaria y quienes utilizan los principios físicos ordinarios manejan estas cosas.
Al principio tenemos que tratar el hecho de que efectivamente, transformamos calor en trabajo y trabajo en calor, tal y como se dice que hacemos. Como se ha dicho anteriormente, se ha hecho una extensión de esta idea. Se supone que todas las formas de la llamada energía, -energía calorífica, energía mecánica, y el experimento puede hacerse con otras formas-, que todas esas energías son mutuamente transformables la una en la otra. Por el momento descuidaremos el aspecto cuantitativo de la transformación y consideraremos sólo el hecho. Ahora bien, el físico moderno dice: "Por lo tanto, es imposible que la energía surja en cualquier lugar si no es a partir de energía de otro tipo ya presente. Si tengo un sistema cerrado de energía, digamos de cierta forma, y aparece otra energía, entonces esto debe ser considerado como transformación de la energía ya presente en el sistema cerrado. En un sistema cerrado, la energía no puede aparecer nunca más que como producto de una transformación. Eduard von Hartmann, que, como he dicho, expresó las opiniones físicas actuales en forma de conceptos filosóficos, enuncia la llamada primera ley de la teoría mecánica del calor de la siguiente manera: "Un perpetuum mobile del primer tipo es imposible".
Ahora llegamos a la segunda serie de fenómenos que nos ilustra el experimento de hoy. Se trata de que en un sistema energético aparentemente cerrado, nos encontramos con una forma de energía que se transforma en otra forma. En esta transformación, sin embargo, es evidente que subyace una cierta ley en el proceso y esta ley está relacionada con la calidad de la energía. En el caso de la energía térmica, la relación es tal que no puede transformarse completamente en energía mecánica, sino que siempre queda una cierta cantidad inalterada. Así pues, en un sistema cerrado es imposible transformar completamente toda la energía térmica en su equivalente mecánico. Si esto fuera posible, también sería posible la transformación inversa de la energía mecánica completamente en energía térmica. Entonces tendríamos en un sistema energético cerrado un tipo de energía transformada en otro. Esta ley es enunciada, de nuevo por Eduard von Hartmann, de la siguiente manera: Un sistema energético cerrado en el que, por ejemplo, toda la cantidad de calor pudiera transformarse en trabajo, o en el que el trabajo pudiera transformarse completamente en calor, cuando pudiera existir un ciclo de transformación completa, sería un perpetuum mobile del segundo tipo. Pero, dice, un perpetuum mobile del segundo tipo es imposible. Fundamentalmente, estas dos son las leyes principales de la teoría mecánica del calor, tal y como la entienden los pensadores de la física del siglo XIX y principios del XX.
"Un movimiento perpetuo del primer tipo es una imposibilidad". Este concepto está íntimamente ligado a la historia de la física del siglo XIX. La primera persona que llamó la atención sobre esta transformación del calor en otras formas de energía o viceversa fue Julius Robert Mayer. Él, como médico, había observado que la sangre venosa mostraba un comportamiento diferente en los trópicos y en las regiones más frías, y a partir de ello llegó a la conclusión de que había un tipo diferente de trabajo fisiológico implicado en el organismo humano en los dos casos. Utilizando principalmente estas experiencias, presentó más tarde una teoría algo confusa que, tal como él la elaboró, significaba poco más o menos lo siguiente: que era posible transformar un tipo de energía en otro. El asunto fue retomado por varias personas, entre ellas Helmholtz, y desarrollado. En el caso de Helmholtz, se tomó como punto de partida una forma característica de pensar físico-mecánica.
Si consideramos el tratado más importante con el que Helmholtz trató de apoyar la teoría mecánica del calor en los años cuarenta del siglo XIX, veremos que tales ideas, tal como las expresa Hartmann, se postulan realmente como su fundamento. Un perpetuum mobile del primer tipo es imposible. Puesto que es imposible, las diversas formas de energía deben ser transformaciones unas de otras. Ninguna forma de energía puede surgir de la nada. El axioma del que partimos - "un perpetuum mobile del primer tipo es imposible"- puede transformarse en otro: la suma de la energía en el universo es constante. La energía nunca se crea, nunca desaparece, sólo se transforma. La suma de la energía del universo es constante.
En el fondo, estos dos principios significan exactamente lo mismo. "No hay perpetuum mobile del primer tipo". "La suma de toda la energía en el cosmos es constante". Aplicando ahora el método de pensamiento que hemos utilizado antes en todas nuestras observaciones, arrojemos un poco de luz sobre todo este punto de vista.
Obsérvese ahora, cuando hacemos un experimento con el objeto de transformar calor en lo que llamamos trabajo, que parte del calor se pierde en lo que se refiere a la transformación. El calor reaparece como tal y sólo una parte de él puede convertirse en la otra forma de energía, la mecánica. Lo que aprendemos de este experimento podemos aplicarlo al cosmos. Esto es lo que hicieron los investigadores del siglo XIX. Razonaron de la siguiente manera: "En el mundo que nos rodea hay trabajo y calor. Continuamente se producen procesos mediante los cuales el calor se transforma en trabajo. Vemos que el calor debe estar presente si queremos producir trabajo. Recordemos que gran parte de nuestros logros técnicos se basan en el hecho de que producimos trabajo mediante el uso del calor. Pero siempre resulta que no podemos transformar completamente el calor en trabajo, una parte permanece como calor. Y puesto que esto es así, estos residuos no capaces de producir trabajo, se acumulan. Estos residuos no transformables se acumulan. Y el universo se aproxima a una condición en la que todo el trabajo mecánico se habrá transformado en calor".
Se ha llegado a decir que el universo en el que vivimos se está acercando a lo que doctamente se ha llamado su " muerte por calor". Hablaremos en próximas conferencias del llamado concepto de entropía. Por el momento, nuestro interés radica en el hecho de que se han extraído ciertas ideas de experimentos relacionados con el destino del universo en el que nos encontramos.
Eduard von Hartmann presentó el asunto de forma muy clara. Él afirma que la observación física muestra que el proceso del mundo en el que vivimos presenta dos tipos de fenómenos. Al final, sin embargo, todo trabajo mecánico puede ser producido, y el universo tendrá que llegar a su fin. Así dice Eduard von Hartmann; los fenómenos físicos muestran que el proceso del mundo se está acabando. Así se expresa sobre las condiciones en las que vivimos. Vivimos en un universo cuyos procesos nos preservan, pero que tiene tendencia a volverse cada vez más lento y, finalmente, a caer en un estado de completa inacción. Me estoy limitando a repetir las palabras del propio Eduard von Hartmann.
Ahora debemos aclararnos el siguiente punto. ¿Existe realmente alguna vez la posibilidad de desencadenar una serie de procesos en un sistema cerrado? Fíjense bien en lo que digo. Si considero la totalidad de mis instrumentos experimentales, ciertamente no me encuentro en el vacío, en el espacio vacío. E incluso cuando creo estar en un espacio vacío, no estoy del todo seguro de que este espacio vacío lo esté sólo porque soy incapaz de percibir lo que realmente hay en él. Por lo tanto, ¿llevo a cabo mis experimentos en un sistema cerrado? ¿No es cierto que lo que hago en el experimento más sencillo debe considerarse como encajado en el proceso del mundo que me rodea? ¿Puedo concebir el asunto de otra manera que no sea que cuando hago todas estas cosas es como si tomara una pequeña aguja y me pinchara aquí? Cuando me pincho aquí experimento un dolor que me impide tener una idea que de otro modo habría tenido. Es muy cierto que no puedo considerar el pinchazo de la aguja y la reacción de la piel y los músculos como la totalidad del proceso. En tal caso, no estaría poniendo todo el proceso ante mis ojos. El proceso no está totalmente contenido en estos factores. Imaginemos por un momento que soy tan torpe como para coger una aguja, pincharme y experimentar el dolor. Retiraré la aguja. Lo que aparece entonces como un efecto no se comprende en absoluto cuando tengo en mente sólo lo que ocurre en la piel. La retirada de la aguja no es en realidad otra cosa que una continuación de lo que percibo cuando tengo ante mi mente la primera parte del proceso. Si quiero describir todo el proceso, debo tener en cuenta que no he clavado la aguja en mi ropa, sino en mi organismo. Este organismo debe ser considerado como un todo regulador, que suscita las consecuencias del pinchazo de la aguja.
Es legítimo que hable de un experimento como el que tenemos ante nuestros ojos de la siguiente manera: "He producido calor, y causado trabajo mecánico. El calor no transformado permanece en el agua de condensación como calor". No es de esta manera como me sitúo en relación con el conjunto. La producción o retención de calor, el paso de éste al agua de condensación están relacionados con la reacción de todo el gran sistema igual que la reacción de todo mi organismo lo está con la pequeña actividad de ser pinchado con la aguja. Lo que hay que tener en cuenta especialmente es: Que nunca es válido que yo considere un procedimiento experimental como un sistema cerrado. Debo tener en cuenta que todo este procedimiento experimental cae bajo la influencia de energías que actúan fuera de este entorno.
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| fig. 2 |
Además de este hecho, hay que considerar otro. Supongamos que usted tiene que comenzar con un recipiente que contiene un líquido con su superficie líquida que implica una acción de fuerzas en ángulos rectos a esta superficie. Supongamos ahora que, por enfriamiento, este líquido pasa al estado sólido. Es imposible que ustedes piensen en el asunto de otra manera que no sea que las fuerzas en el líquido son acortadas por otro conjunto de fuerzas. Pues las fuerzas del líquido son tales que me obligan a mantener este líquido, digamos el agua, en un recipiente. La única forma que adopta el agua por sí misma es la superficie superior. Cuando por solidificación surge una forma definida, es absolutamente necesario suponer que a las fuerzas anteriormente presentes se añaden otras. Más observaciones nos convencen de ello. Y es bastante absurdo pensar que las fuerzas que crean la forma están presentes de un modo u otro en el agua misma. Porque si estuvieran allí, crearían la forma en el agua. Así pues, se añaden al sistema, pero deben de haber llegado a él desde el exterior. Si nos limitamos a tomar el fenómeno tal como se nos presenta, nos vemos obligados a decir: cuando aparece una forma, ésta representa de hecho una nueva creación. Si nos limitamos a considerar lo que podemos determinar a partir de la observación, tenemos que pensar que la forma es una nueva creación. Es simplemente una cuestión de observación lo que nos lleva al estado sólido a partir del fluido. Vemos que la forma surge como una nueva creación. Y esta forma desaparece cuando volvemos a transformar el sólido en líquido. Uno simplemente se apoya en lo que se da como un hecho observable. ¿Qué se deduce ahora de todo este proceso cuando lo convertimos en un concepto? Se deduce que el sólido trata de convertirse en una unidad independiente, que tiende a construir un sistema cerrado, que entra en lucha con su entorno para convertirse en un sistema cerrado.
Podría decir que, en la solidificación de un líquido, nos encontramos ante un intento de la naturaleza de conseguir un perpetuum mobile. Pero el perpetuum mobile no se produce porque el sistema no es abandonado a sí mismo, sino que es manipulado por todo su entorno. Por lo tanto, se puede afirmar que en el espacio tal y como nos es dado, siempre está presente la tendencia a que surja un perpetuum mobile. Pero enseguida aparece una tendencia contraria. Podemos decir, pues, que allí donde surge la tendencia a formar un perpetuum mobile, surge en el entorno la tendencia contraria a impedirlo. Si ustedes orientan su pensar de esta manera, verán que han alterado de raíz el método abstracto de la física moderna del siglo XIX. Esta última parte de la proposición: un perpetuum mobile es imposible, por lo tanto etc. etc. Si uno se atiene a los hechos, la cuestión tiene que plantearse así: un perpetuum mobile siempre está pugnando por surgir. Sólo la constitución del cosmos lo impide.
Y la forma de lo sólido, ¿qué es? Es la huella de dicha pugna. Esta estructura que se forma en el sólido es la huella de la pugna entre la sustancia como individualidad que se esfuerza por formar un perpetuum mobile y el obstáculo que pone a su formación el gran todo en el que el perpetuum mobile trata de surgir. La forma de un cuerpo es el resultado de la oposición a este esfuerzo por formar un perpetuum mobile. En algunos círculos se entendería mejor si, en lugar de perpetuum mobile, hablara de una unidad autónoma, portadora de sus propias fuerzas en su interior y de su propio poder creador de formas.
Así llegamos a un punto en el que tenemos que invertir completamente todo el punto de vista, la manera de pensar de la física del siglo XIX. La propia física, puesto que se basa en la experimentación, que se ocupa de los hechos, no tenemos que modificarla. La manera de pensar física trabaja con conceptos que no son válidos y no puede darse cuenta de que la naturaleza se esfuerza universalmente por lo que ésta considera imposible. Para esta manera de pensar es bastante fácil considerar el perpetuum mobile como imposible, pero no es imposible por las razones abstractas aducidas por los físicos. Es imposible porque en el instante en que el perpetuum mobile se esfuerza por establecerse en un cuerpo dado, en ese instante el entorno se vuelve celoso, si se me permite tomar prestada una expresión del reino de la moral, y no deja que surja el perpetuum mobile. Es imposible por los hechos y no por la lógica. Se puede apreciar lo retorcida que es una teoría que se aparta de la realidad en su mismo postulado fundacional. Si nos atenemos a los hechos, no es posible eludir lo que ayer les presenté de forma preliminar y esquemática. En los próximos días elaboraremos esta presentación esquemática.
Les decía que, para empezar, tenemos el ámbito de los sólidos. Los sólidos son los cuerpos que se manifiestan en formas definidas. Tocando el ámbito de los sólidos, por así decirlo, tenemos el ámbito de los líquidos. Aquí la forma se disuelve, desaparece, cuando los sólidos se convierten en líquidos. En los cuerpos gaseosos tenemos un movimiento en todas direcciones, una completa falta de forma, -forma negativa. ¿Cómo se manifiesta esta forma negativa? Si observamos de manera imparcial los cuerpos gaseosos o aeriformes, podemos ver en ellos lo que puede considerarse como correspondiente a la entidad manifestada en otra parte como forma. Ayer llamé su atención sobre el ámbito de la acústica, el mundo de los tonos. En el gas, como ustedes saben, la manifestación del tono surge a través de condensaciones y rarefacciones. Pero cuando cambiamos la temperatura también nos encontramos con condensaciones y rarefacciones en el cuerpo del gas en su conjunto. Así pues, si pasamos del estado líquido y buscamos en el gas lo que corresponde a la forma en el sólido, debemos buscarlo en la condensación y la rarefacción. En el sólido tenemos una forma definida; en el gas, condensación y rarefacción.
Y ahora pasamos al ámbito contiguo al gaseoso. Del mismo modo que el ámbito de los fluidos limita con el de los sólidos, y del mismo modo que sabemos que los sólidos representan a los fluidos y que los fluidos anuncian a los gaseosos, los gases representan el ámbito contiguo al de los gaseosos, es decir, el del calor. Por el momento, tendremos que postular el reino que se encuentra junto al calor y llamarlo región X.
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| fig. 3 |
En otras palabras: cuando atravesamos el ámbito del calor, entramos en un ámbito que es, en cierto sentido, una prolongación coherente de lo que hemos observado en los ámbitos inferiores. Los sólidos son lo opuesto al calor, este no puede expresarse plenamente en ellos. Los fluidos son más susceptibles a su acción. En los gases, el calor se manifiesta en toda su amplitud: se manifiesta a través de ellos sin obstáculos. En su comportamiento material son una imagen completa del calor. Puedo definirlo así: el gas es en su comportamiento material esencialmente similar a la entidad calor. El grado de similitud entre la materia y el calor se hace cada vez mayor a medida que paso de los sólidos a los gases, pasando por los fluidos. O bien, la licuefacción y evaporación de la materia significa un asemejarse al calor de dicha materia. Sin embargo, el paso por el ámbito del calor, donde la materia se vuelve, por así decirlo, semejante al calor, implica una condición en la que la materia deja de ser. Así pues, el calor se sitúa entre dos regiones fuertemente contrapuestas, esencialmente diferentes entre sí, el mundo espiritual y el mundo material. Entre ambos se encuentra el ámbito del calor. Esta zona de transición es realmente algo difícil para nosotros. Por un lado, tenemos que ascender a una región en la que las cosas aparecen cada vez más espiritualizadas y, por otro, descender a lo que parece cada vez más material. Por un lado, aparece una extensión infinita hacia arriba y, por otro, una extensión infinita hacia abajo. (Indicado con flechas. fig.3)
Pero ahora utilizamos otra analogía que traigo hoy ante ustedes porque a través de una visión general de los hechos naturales individuales puede desarrollarse una ciencia sólida. Tal vez sea útil presentar estos hechos ante nuestras almas. (Véase fig.4.)
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| fig. 4 |
Esto demuestra que lo que habitualmente se denomina espectro puede concebirse de este modo: Puedo crear este círculo de color por cualquier medio adecuado y hacerlo cada vez más grande, alargando los cinco colores superiores (flor de melocotón y los dos tonos de cada lado) hasta que finalmente desaparecen. El arco inferior se convierte prácticamente en una línea recta, y obtengo la gama de colores del espectro ordinario, habiendo hecho desaparecer los cinco colores superiores.
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| fig. 5 |
Finalmente llevo estos colores al punto de fuga. ¿No puede ser que el ir hacia el infinito sea algo similar a lo que he hecho con el espectro? Supongamos que pregunto qué ocurre si lo que aparentemente se aleja hacia el infinito se convierte en un círculo y vuelve sobre sí mismo. ¿No estaré tratando aquí con otro tipo de espectro que comprende para mí, por un lado, la condición que se extiende desde el calor hasta la materia, pero que puedo cerrar en un círculo como hice con el espectro de color con el color de la flor del melocotón? Mañana profundizaremos en esta línea de pensamiento.
Traducido por J.Luelmo sept, 2023
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