Sobre la entropía.

Anne Marie, me has preguntado sobre la entropía.

El rompecabezas de la entropía

Los físicos apuntalamos el concepto de asimetría en el tiempo en la famosa segunda ley de la termodinámica: la entropía en un sistema cerrado nunca disminuye.

A grandes rasgos, la entropía es una medida del desorden de un sistema. En el siglo 19, el físico austriaco Ludwig Boltzmann explicó la entropía en términos de la distinción entre el micro estado de un objeto y su macro estado.

Si a Ud. se le pidiera describir una taza de café, lo más probable es que se referiría a su macro estado - de su temperatura, presión y otras características generales. El micro estado, por otro lado, especifica la posición exacta y la velocidad de cada átomo en el líquido. Son muchos y muy distintos los micro estados que corresponden a un particular macro estado: podríamos mover un átomo aquí y allá, y nadie que mira a escala macroscópica lo notaría.

La entropía es el número de diferentes micro estados que corresponden a un mismo macro estado. (Técnicamente, es el número de dígitos, o logaritmo, de ese número.) Por lo tanto, hay más maneras de organizar un número determinado de átomos en una alta entropía que en la configuración de baja entropía. Imagínese que usted vierta la leche en su café. Hay una gran cantidad de formas de distribuir las moléculas de modo que la leche y el café esten completamente mezclados entre sí, pero relativamente pocas maneras de organizar de forma que la leche se separe de las cercanías de café. Así que la mezcla tiene una mayor entropía.

Desde este punto de vista, no es de extrañar que la entropía tienda a aumentar con el tiempo. Los estados de alta entropía superan grandemente en número a los de baja entropía; casi cualquier al sistema aterrizará en un estado de mayor entropía, simplemente por la sorteo en el azar. Esa es la razón por la leche se mezcla con el café, pero nunca des-mezcla. A pesar de que es físicamente posible que todas las moléculas de leche conspiren espontáneamente para organizarse ellas mismos unas juntas a otras, es estadísticamente muy improbable. Si usted espera que suceda, que por si mismas, de común acuerdo entre las moléculas que remodeló el azar, por lo general tendrá que esperar mucho más tiempo que la actual edad del universo observable. La flecha del tiempo es simplemente la tendencia de los sistemas a evolucionar hacia uno de los numerosos, naturales, estados de alta entropía.

Pero explicar por qué los estados de baja entropía evolucionan en estados de alta entropía es diferente de explicar por qué la entropía está aumentando en nuestro universo. La pregunta sigue siendo: ¿Por qué se empezó con entropía baja? Parece muy poco natural, habida cuenta de que los estados de baja entropía son tan raros. Incluso la concesión de que nuestro universo tiene hoy una entropía media, no explica por qué la entropía era aún menor. De todas las posibles condiciones iniciales que podrían haber evolucionado hasta convertirse en un universo como el nuestro, la inmensa mayoría tienen mucho mayor entropía, no inferior [véase "La flecha del tiempo", de David Layzer; Scientific American, diciembre de 1975].

En otras palabras, el verdadero reto no consiste en explicar por qué la entropía del universo será mayor que mañana es hoy, sino explicar por qué la entropía era menor el día de ayer y aún más baja el día antes. Podemos rastrear esta lógica durante todo el camino de vuelta al principio de los tiempos en nuestro universo observable. En última instancia, la asimetría del tiempo es una pregunta a ser respondida por la cosmología.

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