No niego a todo el mundo que la física me gusta y me interesa. No obstante cuando entré en la universidad y me di cuenta de que el bagaje matemático que hacía falta en cualquier aspecto de la física clásica o newtoniana era tan sumamente grande (y estamos hablando de la parte “sencilla”, la mecánica cuántica intenté verla un poco y fue aun más desalentador) y fuerte para mi. Sin embargo siempre he entendido bien la física desde un punto de vista cualitativo y lógico (la parte clásica porque como he dicho antes si entramos en cosas cuánticas a veces tienes que hacer actos de fé, aunque al final medio las he ido comprendiendo y aunque a la mayoría de los mortales les parezcan ilógicas a mi me han acabado pareciendo perfectamente normales y hasta alentadoras).
Pero aunque me esté contradiciendo, en el instituto la física cuántica me atraía bastante. Principios como el de indeterminación de Heissenberg, la dualidad onda-partícula me gustaron mucho. Pero tocando temas más cercanos hay uno que siempre me ha fascinado y es el siguiente:
Es imposible transferir calor desde un depósito frío a uno caliente sin que al mismo tiempo se convierta cierta cantidad de trabajo en calor
Esta ley indica la dirección en que se llevan a cabo las transformaciones energéticas. En un sistema aislado, es decir, que no intercambia materia ni energía con su entorno, la entropía (fracción de energía de un sistema que no es posible convertir en trabajo) siempre aumenta con el tiempo. Que la entropía de un sistema nunca disminuya es algo atrayente. El universo tiende a ser más caótico por momentos y nunca al revés. Lo cual desde un punto de vista espiritual y filosófico a mucha gente le debe parecer desalentador (a mi en cierto sentido me sigue amargando un poco, pero me voy habituando con el tiempo).
Por ello aunque sea algo muy improbable quiero mostrar que en cierto modo no es imposible. Al igual que es muy improbable que andes contra una pared y la atravieses, aunque suene a chiste eso no es imposible (lo único que pasa es que si lo intentases cada segundo tendría que pasar bastante más de la edad del universo para que finalmente estuvieses al otro lado, pero oye imposible del todo no es). Encontré hace unos días mirando este párrafo en el libro Física de Tipler:
¿Por qué no puede comprimirse el gas por sí mismo volviendo a su volumen original? Como en ello no intervendría ningún cambio de energía, una compresión no violaría el primer principio de la temodinámica. La razón consiste simplemente en que dicha compresión resulta extremadamente improbable. Para comprobar esto, empecemos suponiendo que el gas está compuesto solamente por 10 moléculas y que, inicialmente, estas moléculas ocupan el volumen total del recipiente. La probabilidad de que una de ellas se encuentre en la mitad izquierda del reciento en un momento determinado es 0,5. La probabilidad de que dos moléculas concretas se encuentren a la vez en la mitad izquierda es 0,5 * 0,5 = 0,25. La probabilidad de que haya tres moléculas en ese lado es (0,5) ^ 3 = 0,125 y si llegamos a la probabilidad de que todas las moléculas estén en ese lado es de 1 entre 1024. Es decir existe una posibilidad entre 1024 de que las moléculas se encuentren todas ellas en la mitad izquierda del recipiente en un momento dado.
Aunque esta probabilidad es muy pequeña, no sería demasiado sorprendente ver que esto ocurriera alguna vez. Por ejemplo, si examinamos el gas una vez por segundo, se podría esperar que se viese esta situación una vez cada 1024 segundos, aproximadamente una vez cada 17 minutos. Si empezásemos el experimento con las 10 moléculas distribuidas al azar y luegos nos las encotrásemos todas en la mitad izquierda del volumen original, la entropía del universo habría disminuido en nR ln(2). Sin embargo, esta disminución es extraordinariamente pequeña puesto que el número de moles correspondiente a 10 moléculas es únicamente del orden de 10^-23. Aun así, violaría el enunciado de la entropía del segundo principio de la termodinámica que afirma que la entropía del universo nunca disminuye en cualquier proceso que se realice. Si deseamos aplicar el segundo principio a sistemas microscópicos, tales como un pequeño número de moléculas, debemos considerarle más bien como un postulado de probabilidad.
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Puede resultar perturbador aprender que los procesos para los cuales la variación de la entropía es negativa, tales como la compresión espontánea de un gas o la conducción espontánea de calor de un cuerpo frío a unos caliente, son únicamente improbables y no imposibles, puesto que, como acabamos de ver, si consideramos un sistema formado por un número muy pequeño de moléculas, existe una probabilidad razonable de que se produzca un proceso de este tipo. Sin embargo, la propia termodinámica es únicamente aplicable a sistemas macroscópicos, es decir, a sistemas con un número de moléculas grande. Consideremos, por ejemplo lo que ocurriría si intentásemos medir la presión de un gas formado sólo por 10 moléculas. La presión variaría caprichosamente dependiendo de que cero, una, dos, o más moléculas estuviesen chocando contra la pared del recipiente en el instante de efectuar la medida. Las variables macroscópicas de presión y temperatura no son aplicables a un sistema microscópico de sólo 10 moléculas.
Según se vaya incrementando el número de moléculas del sistema, la probabilidad de que se produzca un proceso para el cual disminuya la entropía disminuye rápidamente. Por ejemplo, si tenemos 50 moléculas en un recipiente esa posibilidad es aproximadamente 10^-15. Es decir si examinamos el recipiente podemos esperar que eso ocurra una vez cada 10^15 segundos es decir aproximadamente una vez cada 36 millones de años. En el caso de 1 mol (6×10^23 moléculas), la probabilidad de que todas las partículas se encuentren en la mitad izquierda del volumen es extremadamente pequeña, tan pequeña que es esencialmente nula. Así pues, en el caso de sistemas macroscópicos, la probabilidad de que el resultado de un proceso sea una disminución de la entropía del universo, es tan extremadamente pequeña, que la diferencia entre improbable e imposible queda totalmente difuminada.
A mi este texto me parece la mar de interesante.
