Hay una ecuación, sorprendente por su sencillez, cuya repercusión para la ciencia contemporánea fue excepcional: S = K·logW, la cual se encuentra grabada en un busto del cementerio de Viena, sobre la tumba de un científico diferente, quizá un tanto desconocido entre los ajenos a la física, pero fundamental en su decurso. Me refiero a Ludwig Boltzmann (1844-1906), un hombre brillante, pero un tanto atormentado. Se ha difundido que se suicidó por los continuos enfrentamientos que mantenía con sus colegas a causa de incomprensiones sobre su revolucionario pensamiento, pero no parece que fuera así pues, consecuencia de toda esta controversia y fruto de ella, no dejo de ganar en reputación, además de que, a la postre, contribuyó a la difusión de dicho pensamiento. La verdad es que no se sabe muy bien por qué lo hizo; lo cierto es que durante sus últimos años fue desarrollando un síndrome maníaco-depresivo, suicidándose por causas desconocidas hasta la fecha, imputables seguramente a la propia enfermedad. Fue en unas vacaciones en Duino, en 1906, cuando su hija se lo encontró colgado de una cuerda en la habitación del hotel en la que estaban descansando. Curiosamente, ignorando que, unos pocos meses antes, un joven y todavía desconocido Albert Einstein publicó un artículo postulando la realidad de los átomos más allá de cualquier duda razonable, materializando o verificando experimentalmente la que seguramente fuera su mayor apuesta: la existencia física de los átomos.
Boltzmann vivió en primera fila la revolución científica del cambio de siglo, y cómo se iban planteando continuamente nuevas teorías que trataban de dar explicación a todos los nuevos descubrimientos que se iban sucediendo y que ya no cabían en el paradigma de la nuova scienza de la modernidad. En estas nuevas teorías no todo era ‘científico’, sino que había mucho de interpretación (filosófica) del nuevo marco, lo cual trascendía directamente a la propia investigación. Sirva como ejemplo el debate entre atomistas y energetistas, en el que nuestro protagonista tomó parte activa en favor de los primeros. Boltzmann fue un hombre inteligentísimo, no sólo con una gran capacidad de estudio e investigación, sino también para la enseñanza. A ésta le dedicó mucho espacio (como Oersted, se me ocurre) lo cual, si bien le robó tiempo para poder avanzar más en su trabajo, sino duda propició que numerosos estudiantes se vieran beneficiados por sus dotes divulgativas, orales y escritas.
Fue uno de los grandes protagonistas en el desarrollo de la ‘mecánica estadística’, mediante la cual se trataba de dar explicación a ciertos fenómenos físicos desde un enfoque atómico-molecular de la materia, de los gases. Esto es algo que hoy en día está generalizadamente aceptado: visto desde acá, no deja de llamar la atención que en su tiempo hubiese tantos físicos (muchos importantes) que no lo aceptasen.
Esto no fue casualidad, pues cuando Boltzmann vino el mundo la Revolución Industrial ya estaba bien establecida, poseyendo las máquinas en ella un gran protagonismo, sobre todo la máquina de vapor. Si digo esto es porque el intento de comprender su funcionamiento ―la relación entre el calor y el trabajo― suscitó el esfuerzo de no pocos científicos, propiciando el nacimiento de la termodinámica como tal, a la que se vinculan nombres tan ilustres como Carnot, Joule, Kelvin o Clausius. Fue esta una época en la que se trataba de comprender la naturaleza del calor. En este contexto, en el año 1857, Clausius publicó un artículo titulado “El tipo de movimiento que llamamos calor”. En él asumía la composición molecular de los gases, postulando que la temperatura y la presión de éstos era consecuencia de los movimientos de las partículas que lo componían; es decir: «la temperatura no sería más que una manifestación estadísitica de la energía cinética de los átomos que componen el gas», explica Navarro. Esta propuesta alcanzó cierto eco en algunos jóvenes investigadores de entonces, como James Clerk Maxwell, quien la profundizó, y observó que las magnitudes de los gases no sólo dependían de la velocidad media de sus partículas, sino también de su distribución de velocidades. Y aquí entra en escena nuestro protagonista: Boltzmann estudió en la universidad de su ciudad natal, Viena, en la que uno de sus profesores ―Josef Stefan― le inició en los trabajos de Maxwell sobre la teoría molécular del calor.
Su punto de partida fue dar sentido físico a la fórmula de Maxwell de la distribución de velocidades de las partículas de un gas. Para ello, se centró en la variación que experimenta la presión de un gas cuando cambia su altura. Si la presión de un gas se debe a las velocidades de sus partículas, y disminuye con la altura, ello quiere decir que las velocidades también deben disminuir. Como dice Navarro, «Boltzmann calculó tal efecto siguiendo la distribución de las velocidades de Maxwell y comprobó que coincidía con la presión observada en el gas». De este modo, lo que hizo no fue sino vincular ¡exitosamente! un modelo atómico teórico con una magnitud medible empíricamente (la presión). Con todo, incluyó una variable más a considerar para dar razón de las magnitudes observables macroscópicamente, a saber: además de las velocidades de las partículas, su vibración. Maxwell reconoció el acierto, asumiendo que su fórmula debía ser corregida, motivo por el cual su fórmula se conoce en la actualidad como ‘ley de la distribución de velocidades en un gas de Maxwell-Boltzmann’.
Boltzmann consiguió en 1869 una cátedra en la universidad de Graz, la de Física Matemática, ciudad en la que vivió la mayor parte de su vida. Fue un hombre polifacético: enseñó física matemática en Múnich, física teórica en Leipzig y ¡filosofía! en Viena. De hecho, defendió la colaboración entre ciencia y filosofía, a las cuales no veía tan distantes. Fue él quien introdujo y sistematizó el concepto de entropía (S), dando lugar a un enfoque de la materia que aún hoy en día despierta curiosidad, y confusión. Este concepto cristalizó a partir de sus vastos conocimientos en las disciplinas principales de su época: mecánica, física molecular, termodinámica y electromagnetismo, combinándolos con los filosóficos propios de su contexto científico, porque los tiempos que estaba viviendo suponían una revolución de la mentalidad clásica tan importante, tanto como para considerar necesario interesarse por las lecturas filosóficas de los problemas naturales. Como explica Schrödinger, la entropía es un concepto un tanto abstracto, pero el caso es que es una magnitud física mensurable, igual que la longitud de un palo o la superficie de una habitación.