Sin lugar a dudas, James Clerk Maxwell fue un genio de primer orden que consagró su intelecto al servicio de la ciencia, su nombre pasó a la historia y siempre estará relacionado con el electromagnetismo, la termodinámica teórica y la teoría cinética de los gases.

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2. La paradoja del diablillo de Maxwell
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3. Sin lugar a dudas, James Clerk Maxwell fue un genio de primer orden
que consagró su intelecto al servicio de la ciencia, su nombre pasó a la
historia y siempre estará relacionado con el electromagnetismo, la
termodinámica teórica y la teoría cinética de los gases.
La paradoja del diablillo de
Maxwell

4. La paradoja del diablillo de Maxwell
La paradoja del diablillo de Maxwell vio la luz pública en 1872 con la
publicación de su libro Theory of heat. En la última sección de su libro,
que trata sobre las limitaciones del segundo principio de la
termodinámica, menciona los aspectos clave de su famosísima
paradoja, aquí está la versión en español de uno de los pasajes más
importantes:
Pero si concebimos un ser cuyas facultades son tan finas que
puede seguir el curso de cada molécula, dicho ser, cuyos
atributos siguen siendo en esencia finitos como los nuestros,
podría estar capacitado para hacer algo que en el presente es
imposible para nosotros (…) Ahora supongamos que dicho
recipiente está dividido en dos partes, A y B, por una división
en la que hay un pequeño agujero, y que un ser, que puede
observar las moléculas individualmente, abre y cierra el
agujero, permitiendo el paso únicamente de las moléculas
más rápidas de A a B, y el paso de las lentas de B a A. Este
ente haría, sin la entrada de trabajo, que la temperatura de B
aumentara y la de A disminuyera, en contradicción con la
segunda ley de la termodinámica. (Maxwell, 1872)
La propuesta de Maxwell derroca las limitaciones impuestas por la
segunda ley, o por lo menos parece hacerlo. Para contextualizar un
poco, la segunda ley de la termodinámica expresa que no es posible
generar diferencias de presión o temperatura en un sistema en
equilibrio sin la adición de trabajo, en otras palabras, la entropía del
universo siempre aumenta tras un proceso. Con aquel ente concebido
por Maxwell sería posible generar gradientes de temperatura sin
adicionar trabajo y, además, al poner los sentidos del ser muy finos
pero finitos, no se cae en planteamientos sobrenaturales, lo que hace
más crítico el panorama para la segunda ley.
En 1948 Claude E. Shannon publica un artículo en donde define el
concepto de entropía informática basado en probabilidades. Este
aporte cerró el debate, al menos parcialmente. Para que el diablillo
pueda percatarse de la velocidad de las moléculas y así seleccionarlas,

5. debe realizar mediciones sobre ellas. Cualquier mecanismo para medir
la velocidad y la posición de las moléculas requerirá energía para su
funcionamiento, lo que de entrada suma una fuente de entropía que
inicialmente se despreció. Por su parte, la información que el diablillo
recibe del instrumento de medida tiene asociada entropía informática,
tal como lo planteó Shannon. De esta suerte, al considerar la
degradación de la energía en el instrumento y la entropía informática
asociada a los procesos de medición, el cambio de entropía del sistema
se hace positivo, lo que se traduce en un aumento de la entropía del
universo dejando la irrevocabilidad de la segunda ley intacta (Aguilar,
1981).
James Clerk Maxwell
Años más tarde, el diablillo de Maxwell vuelve a aparecer, esta vez para
hacer sus triquiñuelas en el metabolismo. Las enzimas, que son las
responsables de catalizar todas las reacciones del metabolismo,
imponen el ritmo al que se desarrolla la vida, se encargan de captar
estímulos externos que les indican la posición del metabolito de interés,
se asocian con otras moléculas para sufrir cambios de conformación
que exponen sus sitios activos, se enlazan a los sustratos, aumentan la

6. energía de los mismos y finalmente llevan a cabo la reacción saliendo
indemnes, pues de forma neta las enzimas no sufren cambios químicos
durante la reacción, tal y como sucede con cualquier catalizador
inorgánico.
Las dos características principales de las enzimas son: 1.) Solo
catalizan un solo tipo de reacción. 2.) Aunque existen muchas
sustancias en el organismo susceptibles de sufrir ese tipo de reacción,
generalmente la enzima solo es activa con uno de ellos. Estas dos
características se resumen en especificidad reactiva y de sustrato. Así,
como el metabolismo es un gran entramado de reacciones, cada
organismo tiene un gran número de enzimas, una para cada tipo de
reacción y cada tipo de sustrato. Como botón de muestra, las enzimas
solo son activas con uno de los dos isómeros ópticos de una sustancia,
aun cuando ambos son tan impresionantemente similares, que con la
tecnología química que se tiene hoy difícilmente pueden separarse de
una mezcla sin utilizar una cantidad descomunal de energía. El punto es
que la enzima no tiene problema en reconocer uno de los dos (Monod,
1970). Esto solo puede explicarse si se piensa que el sitio activo de una
enzima está perfectamente diseñado, átomo a átomo, para recibir una
sola molécula como sustrato, se habla entonces de especificidad
estérica sin ir más lejos.
Con todas estas características especiales, las enzimas pueden
considerarse como demonios de Maxwell, tal como lo expresa Jaques
Monod (1970). Las enzimas ejercen una labor similar a la del polémico
diablillo, pues son generadoras de orden a escala molecular al
seleccionar las moléculas adecuadas entre un mar químico que es un
organismo vivo, catalizar siempre la misma reacción y salir intactas
para continuar con su labor, sin perder de vista que en todo el proceso
hay transferencia de información cuando la enzima reconoce el
sustrato y por tanto debe tenerse en cuenta el aporte de entropía
informática generada.
Por su gran complejidad molecular, y por la labor lejos del equilibrio y
asociada a transferencia de información que realizan, las enzimas son
un punto clave de investigación en ciencias de la vida.
Autor: Horacio Serna para revistadehistoria.es
Referencias

7. Aguilar, J. (1981). Curso de Termodinámica. Madrid: Alhambra.
Kauffman, S. (2003). Investigaciones. Barcelona: Tusquets Editores.
Maxwell, J. C. (1872). Theory of heat. Londres: Longmans, Green and Co.
Monod, J. (1970). El azar y la necesidad. Barcelona: Ediciones ORBIS,
S.A.
Shannon, C. E. (1948). A mathematical theory of communication. The
Bell System Technical Journal, 27, 379–423, 623–656.
Thomson, W. (1874). Kinetic Theory of the Dissipation of Energy. Nature,
441–444.
Wagensberg, J. (1998). El progreso ¿Un concepto acabado o
emergente? In El progreso ¿Un concepto acabado o emergente? (pp.
17–54). Barcelona: Tusquets Editores.

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