¿La entropía destruirá el universo? - CuriosaMente 139

La palabra “entropía” evoca imágenes de caos, desorden y destrucción, y hasta

se habla de que la entropía sería el fin del cosmos, pero ¿qué es la entropía?

Platzi presenta: ¿La entropía destruirá el universo?

Para entender la entropía, debemos entender primero la segunda ley de la termodinámica,

un principio tan fundamental para la física que Einstein y Arthur Eddington aseguraron

que nunca sería derrocado. Si colocas un cubito de hielo en una taza

de té caliente, sin interactuar con otros elementos, el té se enfriará al mismo tiempo

que el hielo se calentará y se derretirá. Al final, el agua del cubo y la del té tendrán

la misma temperatura. La energía siempre fluye en un sentido: del

cuerpo que tiene más energía (el té) al que tiene menos (el hielo), nunca al revés.

La entropía es la medida de qué tan uniformemente está distribuida la energía en un sistema.

En el sistema “hielo-té” hay menos entropía al principio que al final, cuando la energía

está distribuida uniformemente. Y lo que la segunda ley de la termodinámica asevera

es que, en un sistema aislado, la entropía nunca disminuye: sólo puede aumentar.

¿Entonces la entropía es como una “fuerza” que siempre está queriendo aumentar? No precisamente.

Más bien crece como una consecuencia de las matemáticas, específicamente de la estadística.

Quien primero estudió esto fue el austriaco Ludwig Boltzman.

Imagina que tienes un tablerito donde puedes colocar cuatro canicas: dos negras y dos blancas.

Las puedes colocar de varias maneras diferentes: así, así, así, así, así o así… cada

una de esas seis maneras se llama “microestado”. En un sistema así de pequeño tenemos cuatro

microestados en los que la energía está separada y sólo dos microestados en los que

la energía está distribuida. Tenemos sólo dos macroestados posibles.

Si la cuadrícula fuera de 10 por 10, ¿cuántos microestados posibles tendríamos? Según

nuestros amigos de MindMachineTV y Astrofísicos en acción, que nos ayudaron a hacer el cálculo,

serían más de 1 por 10 a la 29 microestados posibles ¡un uno con 29 ceros! Más combinaciones

que el número de estrellas en el universo observable. La mayoría de los microestados

son estados de alta entropía, o sea, donde las fichas blancas y negras están distribuidas

de manera prácticamente uniforme, y sólo hay 6 donde están separadas perfectamente.

Ahora imagina que no son 100, sino miles, millones o cientos de millones de partículas.

¡La cantidad de combinaciones posibles es gigantesca, y la posibilidad de lograr una

combinación “ordenada”, infinitesimalmente pequeña!

Si llenas un frasco con canicas, cuidando que la mitad de la derecha sean sólo canicas

negras y la de la izquierda sólo canicas blancas, introduces una barra y empiezas a

girarla en una dirección, las canicas empezarán a mezclarse en uno de los millones de combinaciones

posibles. Si inviertes la dirección del giro ¡no verás que vuelven a su posición original!

La entropía siempre gana. Es como vaciar leche en tu té: agitar la mezcla sólo producirá

que las moléculas de ambas sustancias se reacomoden en uno de los millones de microestados

que conducen a un macroestado “revuelto”, podrías estar agitando por años y nunca

verás que la leche se reagrupe en el punto donde se virtió ((EN VOZ MÁS BAJA) podría

ser que, si dejas de agitar la mezcla, la leche, con más contenido de grasa, forme

una capa arriba, pero ese es otro fenómeno que tiene que ver con la densidad).

Aunque los microestados de un sistema grande son prácticamente incalculables -por ejemplo,

las posiciones, velocidades y vibraciones de cada una de las moléculas en un recipiente

lleno de aire-, los macroestados, que son el resultado de los microestados, son fáciles

de medir: la temperatura, presión y volumen de esa masa de aire, por ejemplo.

Hay macroestados a los que percibimos como ordenados, y decimos que contienen mayor información,

y a los que tienen mayor entropía, los percibimos como desordenados y sin sentido. Aunque a

nivel microestado se necesite más información para definir la posición de cada elemento,

el macroestado entrópico contiene menos información. Percibimos estos sistemas como ruido. Es el

caso del ruido blanco, por ejemplo. Como puedes ver, es fácil de pasar de un

sistema ordenado a un sistema entrópico, y casi imposible lo contrario (PAUSA 3 SEGUNDOS).

Por eso, la segunda ley de la termodinámica es la única de las leyes físicas fundamentales

que describe una “flecha del tiempo”. Entonces, si concebimos al universo en su

totalidad como un sistema aislado y aplicamos la segunda ley de la termodinámica ¡resulta

que en algún momento del futuro remoto (muy, muy remoto), el universo llegaría a un estado

de entropía total, donde toda la energía estaría distribuida uniformemente.

Todos los mecanismos -máquinas, seres vivos, estrellas y planetas- necesitan que haya diferencias

de energía para funcionar: el trabajo es producto del flujo de energía. Al no haber

diferencia alguna, nada se movería: llegaríamos a la “muerte térmica del universo”. Este

concepto se daba por sentado hace algunas décadas, pero en los últimos tiempos se

ha empezado a cuestionar: se argumenta que si la constante cosmológica (la densidad

energética del vacío del espacio) no es cero, sino positiva, como apuntan las investigaciones

actuales, ¡la muerte térmica del universo nunca llegará!

Una pregunta interesante: si los sistemas tienden a cada vez a mayor entropía ¿cómo

es posible el surgimiento y evolución de la vida? Y la responderemos ¡en otro video!

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por su ayuda matemática!