NO ME SALEN
   (APUNTES TEÓRICOS DE BIOFÍSICA DEL CBC)
   SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA

 

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LA FLECHA DEL TIEMPO

El Segundo Principio de la Termodinámica (2do. Ppio.) es mi ley preferida, la más hermosa de las leyes del universo que hemos (los humanos) sabido desentrañar.

El motivo de la preferencia es que el resto de las leyes representan, en última instancia, balances (y yo odio la contabilidad) que no distinguen entre pasado y futuro. En cambio el 2do. Ppio. es la única que nos dice que el presente no es igual al pasado, y que el futuro no será igual que el presente.

Esa particularidad tan exquisita del 2do. Ppio. hizo que muchos físicos y filósofos lo llamen... la flecha del tiempo. Mirá el tipo de cosas con que se mete:

  • Es probable que un jarrón caiga al suelo y se haga añicos; en cambio es improbable que un conjunto de añicos se ensamblen espontáneamente y armen un jarrón.
  • Las moléculas de un gas se mueven absolutamente al azar, sin embargo es casi imposible encontrar en una habitación todas las moléculas de nitrógeno por un lado y las de oxígeno por el otro... siempre las encontramos homogéneamente mezcladas.
  • Es relativamente fácil manejar un camión con doble acoplado. Es casi imposible manejarlo marcha atrás.
  • Las máquinas de movimiento perpetuo no pueden existir.
  • Aunque la energía se conserve... se degrada

Otra particularidad inusual del 2do. Ppio. es que tiene innumerables enunciados posibles. Hay no menos de 100 enunciados dispersos en los textos de física. Y no menos de 20 son famosos y llevan el nombre del autor. Acá van algunos:

 
 
Enunciado de Kelvin: No es posible un proceso cuyo único resultado sea la absorción de calor procedente de un foco y la conversión de este calor en trabajo.
(1)
   
Lo que -de alguna manera- te dice Lord Kelvin (William Thompson, 1824-1907), es que es imposible que exista una máquina térmica capaz de extraer calor de la caldera y transformarlo íntegramente en trabajo. No se trata de que no hayan sido capaces de desarrollar esa máquina... es que el universo no lo permite.
 
 
Enunciado de Clausius: No es posible ningún proceso cuyo único resultado sea la extracción de calor de un recipiente a una cierta temperatura y la absorción de una cantidad igual de calor por un recipiente a temperatura más elevada.
(2)
   
Lo que -de alguna manera- te dice Rudolf Emanuel Clausius (1822-1888), es que es imposible que exista una máquina frigorífica capaz de extraer calor de la fuente fría y tirarlo a la fuente caliente sin realizar un trabajo sobre esa máquina. No se trata de que no hayan sido capaces de desarrollar esa máquina... es que el universo no lo permite.
 

Una característica saliente de los distintos enunciados del 2do. Ppio. es que todos parecen hablar de cosas diferentes. Sin embargo, todos dicen lo mismo. De hecho, existen teoremas que demuestran la equivalencia entre un enunciado y otro. El más famoso de esos teoremas es el que demuestra la equivalencia entre las formulaciones de Clausius y Kelvin.

Leete este otro enunciado:

   
 
Enunciado divino: existe una función de estado (llamada entropía) tal que en un proceso real la entropía del universo siempre aumenta. Salmos, 7:15
(3)
  Acá va un apunte dedicado a la entropía.

Lo que te está diciendo este enunciado es que si vos sumás las variaciones de entropía de todos los fenómenos asociados a un proceso cualquiera, la suma siempre es mayor que cero. Por ejemplo es el caso de una máquina térmica: la variación de entropía de la caldera (que es negativa), más la variación de entropía del medio ambiente (que es positiva), da un número mayor que cero. Te darás cuenta que este enunciado divino... te permite plantear ecuaciones y hacer cálculos.

 

Y una variante del mismo enunciado...

   
 
Enunciado universal: en cualquier proceso, la entropía del universo aumenta.
(4)
   

Atenti... la entropía de cualquier cosa puede disminuir. Por ejemplo, si metés un vaso de agua en la heladera, el vaso se enfría y su entropía disminuye. Pero para que eso suceda, necesariamente tiene que funcionar una máquina refrigerante, y tiene que haber un consumo eléctrico y tiene que haber un radiador tirando calor en la parte de atrás de la heladera... y si sumás todos los cambios de entropía que ocurrieron para que tu vaso se enfríe... no te quepa duda: la entropía total habrá aumentado.

Tengo más enunciados. No te vayas.

   
 
Enunciado analógico: La entropía no puede ser destruida, pero puede ser creada.
(5)
   
Este está construído con una fuerte analogía al Primer Principio. La energía no se creaba ni se destruía... en cambio, la entropía se está creando permanentemente. Ingenioso, ¿no? Mirá este otro:    
 
Enunciado timbero: el universo siempre evoluciona hacia un estado más probable.
(6)
   

Lo que te está diciendo este enunciado es que por sí solo el universo adopta estados más probables de encontrar estadísticamente. Si tirás seis dados, la probabilidad de que salgan seis números iguales es muy baja. Bien, en todo proceso espontáneo el universo pasa de un estado menos probable a un estado más probable.

   

Si cada cosa ocupara un lugar cualquiera de la habitación la vieja me mataría. Por sí sola la pieza se desordena sin parar, y termina siempre siendo un caos.

El siguiente está relacionado.

   
 
Enunciado playero: todo sistema se mueve por sí solo hacia un estado de mayor equilibrio.
(7)
   

Lo que explica por qué los castillos de arena terminan desapareciendo del paisaje e incorporándose a las suaves ondulaciones del piso.

Uno más, y no jodemos más.

   
 
Enunciado fatídico: el universo avanza inexorablemente hacia un estado deplorable de equilibrio térmico.
(8)
   

Y eso será el acabose, porque como bien sabés, el equilibrio térmico no es otra cosa que una temperatura igual y uniforme para todos los cuerpos, o sea, la imposibilidad de intercambio de calor... caput.

Aunque no lo creas todos esos enunciados son equivalentes, dicen lo mismo.

   
     
CHISMES IMPORTANTES    
  • Según Lynn Margulis y Dorion Sagan, la naturaleza inventó el sexo para acelerar el proceso de degradación de energía, o sea, para acelerar el aumento de entropía. (¡Qué tipos materialistas!).
  • A veces se menciona un Tercer Principio de la Termodinámica. Su autor, Walther Nerst (1864-1941) lo enunció de esta manera: la entropía tiende a cero en el cero de la temperatura absoluta.
 
PREGUNTAS CAPCIOSAS  
  • ¿Existirá el reino de los cielos?
 

 

   
Algunos derechos reservados. Se permite su reproducción citando la fuente. La foto de Dios la sacó Daniel Paz (yo le hice fotoshop). Última actualización jul-09. Buenos Aires, Argentina.