LA ESCALERA DE LA TEMPERATURA
HACIA ABAJO

ESCALÓN 1

316 kelvin (10^2,5 K)

Al bajar por la escalera de la temperatura hemos de volver al grado Celsius, desde el cual empezamos a ascender. Al multiplicar dicha cifra por 0,316 en cada escalón —como ya dijimos al bajar por los escalones—, simplemente nos acercaríamos cada vez más a los 0 grados Celsius, y nunca podríamos descender por debajo. En el mismo caso nos encontraríamos si empezásemos a cualquier temperatura por encima de los 0 grados Celsius.

Por tanto, debemos comenzar por -1 grado Celsius, y tratar de multiplicarlo por 0,316. De nuevo nos acercaríamos cada vez más a los O grados Celsius, y ello, para cualquier temperatura negativa.

Considerando esto, permítasenos utilizar la escala kelvin, como ya hicimos para las temperaturas elevadas. Comenzaremos con 316 kelvin.

Una temperatura de 316 kelvin (42,85 grados Celsius ó 109,13 grados Fahrenheit) se halla cerca de la temperatura máxima registrada a la sombra. Ya hemos considerado esa región al ascender por la escalera, por lo cual no nos detendremos en ello. Lo que ahora hacemos es bajar.

ESCALÓN 2

100 kelvin (10² K)

Los 100 kelvin equivalen a -173,15 grados Celsius, por lo cual, al pasar del Escalón 1 al 2, atravesamos todo el ámbito de temperatura en la superficie de la Tierra o cerca de ella.

La temperatura más fría registrada hasta ahora en Nueva York, según los datos que figuran en la Oficina Meteorológica, es de 247 kelvin (-25 grados Celsius ó -14 grados Fahrenheit).

La temperatura más fría observada hasta el momento en todo el mundo —excluyendo la Antártida— se registró en Verjoyansk (Siberia), donde el termómetro marcó los 203 kelvin (-70 grados Celsius o -94 grados Fahrenheit). En Voskok, que es la base soviética en la Antártida y la parte más fría de ese continente glacial, se registró una temperatura de 185 kelvin (-88 grados Celsius, ó -127 grados Fahrenheit).

La temperatura de la atmósfera de la Tierra es muy elevada en las regiones superiores y baja en las más inferiores, para alcanzar el punto más bajo, a unos 85 kilómetros de altura. A tal altura, se observó en cierta ocasión una temperatura de 130 kelvin (-143 Celsius ó -225 Fahrenheit). Es la más fría observada nunca en la Tierra, que se aproxima ya al nivel de temperatura del Escalón 2.

En otros planetas del Sistema Solar interior no son mejores las cosas. Mercurio, tan cálido en su superficie bajo su despiadado Sol, tiene una noche que se acerca a un mes terrestre de duración. Su superficie se enfría hacia el espacio exterior, y cuando se presenta la tan retrasada mañana y el Sol se dispone a abrasar una vez más la superficie, se ha alcanzado ya una temperatura muy baja: unos 150 kelvin (por tanto, mucho más fría que la más gélida noche antártica).

Marte está más alejado del Sol que Mercurio, pero su noche tiene sólo algo más de 12 horas de duración, y por la mañana, su superficie está a una temperatura de 170 kelvin. La Luna, con una noche de dos semanas, alcanza por la mañana los 110 kelvin.

Los planetas exteriores tienen bajas temperaturas, aun cuando brille el Sol. Por ejemplo, la temperatura de Júpiter en la capa visible de nubes de la superficie es de unos 120 kelvin. Así, pues, si queremos encontrar temperaturas inferiores al nivel del Escalón 2, hemos de buscarlas más allá de Júpiter.

A bajas temperaturas, los elementos líquidos se congelan hasta convertirse en sólidos, mientras que las sustancias gaseosas se condensan en líquidos y, llegado el momento, se solidifican.

Por ejemplo, entre los líquidos, el mercurio se congela a 234,3 kelvin y el alcohol etílico, a los 158,6 kelvin.

Entre los gases, el cloro se licúa a los 239,1 kelvin, y se solidifica a los 172,1. El xenón, uno de los gases nobles que se encuentra en la atmósfera en pequeñas cantidades, se licúa a los 165 kelvin y se solidifica a los 161,3 kelvin, mientras que el butano (gas usado comúnmente como combustible) se licúa a los 261,5 kelvin y se solidifica a los 113,6 kelvin.

A los 100 kelvin, ocho de las sustancias que consideramos gases continúan aún en estado gaseoso: argón, flúor, helio, hidrógeno, neón, nitrógeno, oxígeno y monóxido de carbono (CO). Tales gases continuarán en su estado en todos los mundos del Sistema Solar que no vayan nunca más lejos de la órbita de Júpiter.

ESCALÓN 3

31,6 kelvin (10^1,5 K)

A este nivel de temperatura hemos de considerar ya el Sistema Solar exterior. La superficie visible de nubes de Saturno tiene unos 90 kelvin; la de Urano, 65 kelvin; la de Neptuno, 50 kelvin, y la de Plutón, en su máximo alejamiento del Sol, tal vez a 40 kelvin. Así, pues, ninguno de los cuerpos planetarios llega al nivel de temperatura del Escalón 3.

Sin embargo, hay cometas que se alejan mucho más de la órbita de Plutón, o que (se cree) giran en amplias órbitas, parte de las cuales la describen más allá de Plutón. Durante las mismas pueden darse temperaturas inferiores a los 31,6 kelvin y, dado que son cuerpos pequeños —de sólo escasos kilómetros de diámetro—, podrían encontrarse a las bajas temperaturas citadas de un extremo a otro de los mismos.

Algunos de los gases que permanecen como tales a nivel de temperaturas del Escalón 2, se licúan, e incluso se solidifican, al nivel de temperatura del Escalón 3. Así, el flúor se licúa a los 85,0 kelvin y se solidifica a los 83,8 kelvin; el oxígeno se licúa a los 90,2 kelvin y se solidifica a los 54,5 kelvin; el nitrógeno se licúa a los 77,4 kelvin y se solidifica a los 63,2 kelvin; y el monóxido de carbono se licúa a los 81,7 kelvin y se solidifica a los 68,2 kelvin.

En Plutón, todos los gases serían sólidos.

Sólo tres gases siguen siéndolo a los 31,6 kelvin: hidrógeno, helio y neón. Permanecerían en su estado en la superficie de cualquier cuerpo conocido del Sistema Solar.

Los científicos trabajaron durante todo el siglo XIX para alcanzar bajas temperaturas, y en la última década de dicho siglo consiguieron, finalmente, temperaturas más bajas que las de la superficie de Plutón (que aún no se había descubierto en aquel tiempo).

Los científicos comprobaron que las sustancias muy frías podían tener propiedades que no se encontraban nunca a temperaturas corrientes. Una de ellas es la «superconductividad». Una sustancia es superconductiva cuando ofrece cero resistencia a una corriente eléctrica. Una comente eléctrica dispuesta en un anillo de materia superconductiva, recorrerá para siempre el anillo, si se mantiene por debajo de una cierta «temperatura de transición» o no se somete a perturbaciones.

La mayor temperatura observada hasta ahora en la superconductividad se presenta en el caso de una aleación de niobio, aluminio y germanio, donde la temperatura de transición es de 23 kelvin.

ESCALÓN 4

10 kelvin (10¹ K)

Al adentrarnos en el nivel de temperatura del Escalón 4, han sido vencidos ya dos de los tres gases últimos. El neón se licúa a los 27,0 kelvin y se solidifica a los 24,6 kelvin, mientras que el hidrógeno se licúa a los 20,4 kelvin y se solidifica a los 14,0 kelvin. A los 10 kelvin, sólo el helio sigue siendo gas.

La temperatura de transición más elevada para la superconductividad en cualquier elemento puro es la del niobio: 9,26 kelvin.

ESCALÓN 5

3,16 kelvin (10^0,5 K)

Al llegar aquí se rinde el helio, que se licúa a una temperatura de 4,2 kelvin. Sin embargo, a los 3,16 kelvin aún no se ha solidificado, o sea, que sigue siendo líquido. Es la única sustancia que a este nivel de temperatura existe aún como algo no sólido.

El helio se presenta en dos variedades isotópicas: el helio-4 y el helio-3. Sólo una muy pequeña fracción del helio, tal y como existe en la Naturaleza, es helio-3. Si se aisla y recoge, se licúa a unas temperaturas más bajas aún que el helio-4. El punto de licuefacción del helio es de 3,2 kelvin, lo cual se halla casi exactamente en el nivel de temperatura del Escalón 5.

La temperatura media del Universo es de unos 3 kelvin.

Supongamos que un cuerpo localizado en el espacio entre las galaxias, recibe del Universo sólo la débil luz de una estrella, partículas de rayos cósmicos, etcétera. Si dicho cuerpo no contuviese energía para empezar, absorbería parte de la radiación y las partículas, con lo cual conseguiría energía, parte de la cual la irradiaría, a su vez, al espacio.

Eventualmente, se alcanzará un equilibrio. Entonces, el cuerpo reirradiaría energía con la misma rapidez con que la absorbe, y la temperatura de equilibrio en dicho punto sería de unos 3 kelvin.

Esto significa que es muy improbable que exista algo en el Universo que se halle a una temperatura de equilibrio inferior a los 3 kelvin. Hacia 1920 el hombre obtuvo en el laboratorio unas temperaturas muy bajas, que no es probable existan en ninguna otra parte del Universo, excepto, tal vez, en laboratorios de seres inteligentes de otros mundos —si es que existen— de tecnologías tan avanzadas como las nuestras.

Digamos que el primer caso de superconductividad descubierto fue el del mercurio, cuya temperatura de transición es de 4,15 kelvin.

ESCALÓN 6

1 kelvin (10⁰ K)

A la temperatura de 1 kelvin, el helio es aún líquido. En realidad, no se hiela en absoluto (a las presiones ordinarias), sin importar lo baja que llegue a ser la temperatura. Incluso en el cero absoluto, aún se encuentra en las sustancias un pequeño indicio de energía. La temperatura es el cero absoluto, porque a la misma ya no puede quitarse más energía por ningún método conocido, ni siquiera en teoría, pero el último vestigio de irremovible energía basta para mantener líquido al helio.

Sin embargo, se descubrió que, a 1 kelvin y menos, sometiendo el helio líquido a una presión de unas 25 atmósferas, éste se solidifica por lo cual el helio sólido puede existir, aún no sometido a una presión atmosférica.

Existen 17 elementos conocidos que pueden hacerse superconductores en las proximidades de 1 kelvin. Por ejemplo, el galio tiene una temperatura de transición de 1,091 kelvin. La del talio es algo más elevada: 2,39 kelvin; la del osmio, algo más baja: 0,655 kelvin.

A una temperatura de 2,2 kelvin, el helio cambia desde un líquido de propiedades normales (helio I), hasta otro sin precedentes (helio II). Como un ejemplo de sus extrañas propiedades, el helio II es «superfluido» y puede moverse a través de muy pequeños orificios sin ninguna fricción medible.

Se descubrió que el helio II implica sólo helio 4. Así, el helio 3 conserva propiedades ordinarias incluso a temperaturas tan bajas como 1 kelvin.

ESCALÓN 7

0,316 kelvin (10^-0,5 K)

Los intentos originales, por parte de los científicos, para obtener las bajas temperaturas implican, en esencia, recurrir a la evaporación de una forma u otra. La evaporación, como ya he dicho, es un proceso que absorbe calor, y, si la situación se maneja adecuadamente, el calor absorbido procederá del cuerpo del líquido que se está evaporando.

En los años 1920, este proceso llegó a un punto muerto, con temperaturas de 0,4 kelvin o sea, muy cerca del nivel del Escalón 7. Esto permitiría conseguir una temperatura de transición para el rutenio, que es de 0,49 kelvin, pero no suficiente para el titanio, que es de 0,39 kelvin.

Pero entonces, en los años 1920, se emplearon métodos magnéticos, que podían hacer bajar algo las temperaturas obtenibles. Hasta ahora se conocen cuatro elementos que se convierten en superconductores sólo a temperaturas por debajo de 0,4 kelvin. Tal vez si pudiesen estudiarse elementos a una temperatura lo suficientemente baja, se comprobaría que cada uno de ellos —incluso cada sustancia, elemento o no— se convierte en superconductor.

ESCALÓN 8

0,1 kelvin (10^-1 K)

A principios de los años 1930 se consiguieron unas temperaturas tan bajas como de 0,13 kelvin. La temperatura de transición del iridio es de 0,14 kelvin, y la del hafnio, de 0,09 kelvin.

ESCALÓN 10

0,01 kelvin (10^-2 K)

Se ha encontrado un solo elemento con una temperatura de transición más baja que la del hafnio. Es el tungsteno, que se transforma en superconductor sólo a una temperatura de 0,012 kelvin.

ESCALÓN 11

0,003 16 kelvin (10^-2,5 K)

La temperatura más baja conseguida con métodos magnéticos es de 0,003 kelvin. Para descender más aún, los científicos emplean métodos sutiles, en que intervienen mezclas de helio 3, respecto al cual no se pensaba antes que adquiriese las propiedades del helio II, propiedades que sí tiene el helio 4, aunque sólo a unas temperaturas por debajo de los 0,002 5 kelvin.

ESCALÓN 15

0,000 031 6 kelvin (10^-4,5 K)

Con ayuda de la mezcla helio 3-helio 4, los científicos han alcanzado al fin temperaturas tan bajas como 0,000 02 kelvin, que han mantenido durante un significativo período de tiempo.

ESCALÓN 21

0,000 000 031 6 kelvin (10^-7,5 K)

Se ha informado que las temperaturas más bajas obtenidas de momento por los científicos son de 0,000 000 05 kelvin.

Aunque se han alcanzado temperaturas de sólo una veintemillonésima de grado restadas del cero absoluto, carece de utilidad tratar de conseguir nunca el cero absoluto. Cada escalón hacia ese objetivo resulta más difícil de bajar que el anterior. Aunque cada vez quede menos calor por extraer, la cantidad que puede extraerse mediante cualquier proceso imaginable, es siempre menor que todo el calor contenido.