Una investigación liderada por Manuel de León, profesor e investigador del CSIC y miembro del grupo de expertos de la Cátedra Ciencia y Sociedad de la Fundación Rafael del Pino, propone una manera novedosa para describir los sistemas termodinámicos, es decir, aquellos en los que intervienen el calor, la energía y la materia.
Normalmente, la termodinámica se ha estudiado utilizando la geometría de contacto. Según explican en el paper, titulado “A geometric description of some thermodynamical Systems” y publicado en Journal of Physics A: Mathematical and Theoretical, Manuel de León y Jaime Bajo, de la Universidad de Valladolid, han utilizado un tipo especial de geometría basada en lo que llaman “estructuras (casi) cosimplécticas», que sugieren que puede convertirse en una extensión natural.
Las estructuras simplécticas permiten medir «áreas» en espacios de mayor dimensión, en un proceso similar al que se usa para medir las áreas bidimensionales en la geometría euclidiana. Al aplicar esta nueva descripción geométrica, los autores logran obtener las mismas ecuaciones de evolución para estos sistemas termodinámicos que ya habían sido descubiertas por otros científicos como Gay-Balmaz y Yoshimura en 2019. Esto significa que esta nueva forma de ver las cosas es válida y consistente con lo que ya se sabía.
El principal beneficio de este nuevo método es que permite aplicar nuevas herramientas geométricas para estudiar y resolver problemas complejos en termodinámica. Por ejemplo, se puede usar para entender cómo los sistemas cambian con el tiempo (ecuaciones de evolución); simplificar el estudio de sistemas que tienen simetrías, es decir, propiedades que no cambian, aunque el sistema se transforme de ciertas maneras; comprender el principio de Hamilton-Jacobi, que sirve para describir cómo evolucionan los sistemas; y ayudar a discretizar estos sistemas, lo cual es útil para hacer simulaciones por ordenador.
El artículo aplica esta nueva descripción a varios tipos de sistemas termodinámicos, crecientemente complejos. En el caso de los sistemas simples adiabáticamente cerrados, no intercambian calor ni materia con el exterior y tienen una sola variable de entropía; los sistemas con transferencia interna de masa son aquellos en los que la materia se mueve entre diferentes compartimentos internos; los sistemas no-simples adiabáticamente cerrados, resultan más complejos, incorporan varias variables de entropía y posibles procesos como la conducción de calor; por último, los sistemas abiertos pueden intercambiar calor y materia con el exterior.