En esta animación pueden ver claramente cómo funciona el selector de velocidades, un aparato con el que se puede verificar experimentalmente la distribución de Maxwell-Boltzmann. La idea es, primero, dejar escapar las moléculas de un gas por un pequeño orificio y luego hacer pasar el haz por otro orificio, de forma que sólo queden partículas que se mueven en una determinada dirección. Ésta es, a grandes rasgos, la técnica de los haces moleculares, que fue desarrollada por Otto Stern (el de la foto) y aplicada a muchas cosas, entre ellas la comprobación experimental de la distribución de Maxwell-Boltzmann (que es el tema de este post) y la naturaleza del spin (en el famoso experimento de Stern y Gerlach). Stern ganó el Nobel en 1943 por el desarrollo de esta técnica y sus aplicaciones, acá tienen su charla Nobel, donde cuenta estas cosas. Bueno, volviendo al tema: una vez se tiene un haz colimado de partículas, se lo hace pasar por esa especie de hélice que aparece en la animación, que selecciona sólo las partículas que se mueven a una cierta velocidad (que depende de la velocidad angular de la hélice). Así uno puede contar cuántas partículas del gas se mueven a cada velocidad, y a partir de ahí hacer un histograma y compararlo con la distribución de Maxwell-Boltzmann. Este ingenioso truco, de hecho, ya había sido usado previamente por Fizeau, en el siglo XIX, para medir la velocidad de la luz.

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El joven de la imagen no es otro que Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796-1832), considerado por muchos el padre de la termodinámica. Hijo de Lazare Carnot, uno de los líderes de la Revolución Francesa, y tío de Marie François Sadi Carnot, que fue presidente de Francia en la Tercera República, Carnot estudió en la École Polytechnique teniendo como compañero a Coriolis y como profesores a Ampère, Gay-Lussac y Poisson, entre otros. Fue ingeniero del ejército francés, y en ese contexto se interesó por el rendimiento de las máquinas de vapor. El resultado de sus investigaciones es el libro “Réflexions sur la puissance motrice du feu”, publicado en 1824, en el que muestra que la eficiencia de un motor no puede ser mayor que una cierta función de las temperaturas de los reservorios entre los cuales opera. El libro no tuvo mucha repercusión en vida de Carnot, que murió en 1832 víctima de una epidemia de cólera. Pero en 1834 Clapeyron le dio popularidad, y en la década de 1850 Clausius y Kelvin formalizaron las ideas de Carnot en la segunda ley de la termodinámica. La primera ley, obra de Clausius y Rankine, también data de esos años. Y al cabo de muy poco, en 1877, Ludwig Boltzmann publicó su famosa relación entre la entropía y el número de microestados, que dio origen a la física estadística.