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¡La Entropía! con el paso del tiempo, todo lo destruye

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en El Universo y la Entropía    ~    Comentarios Comments (9)

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Muchas veces he dejado aquí una reseña de lo que se entiende por entropía y así sabemos que la energía sólo puede ser convertida en trabajo cuando    dentro del sistema concreto que se esté utilizando, la concentración de energía no es uniforme. La energía tiende entonces a fluir desde el punto de mayor concentración al de menor concentración, hasta establecer la uniformadad. La obtención de trabajo a partir de energía consiste precisamente en aprovechar este flujo.

 

En reralidad, la Entropía, no nos debe resultar tan extraña como esa imagen de arriba. Es algo que está presente en toda nuestra vida cotidiana. Sus efectos los podemos ver y también sentir en nosotros mismos. Nada permanece igual, todo cambia y se transforma: Es la Entropía destructora que hace estragos en connivencia con el tiempo.

 

 

Está claro que la madre ha sufrido más intensamente los efectos de la entropía que la graciosa niña que ahora está comenzando su andadura por la vida. ¡El Tiempo! Ese inexorable transcurrir de la fatídica flecha que nos lleva, desde el mismo instante  del nacimiento, hasta el inevitable final: Es la Entropía destructora, ese mecanismo del que se vale nuestro Universo para renovarlo todo, incluso la vida que, de otra manera, no podría evolucionar.

El agua de un río está más alta y tiene más energía gravitatoria en el manantial del que mana en lo alto de la montaña y menos energía en el llano en la desembocadura, donde fluye suave y tranquila. Por eso fluye el agua río abajo hasta el mar (si no fuese por la lluvia, todas las aguas continentales fluirían montaña abajo hasta el mar y el nivel del océano subiría ligeramente. La energía gravitatoria total permanecería igual, pero estaría distribuida con mayor uniformidad).

 

Una rueda hidráulica gira gracias al agua que corre ladera abajo: ese agua puede realizar un trabajo. El agua sobre una superficie horizontal no puede realizar trabajo, aunque esté sobre una meseta muy alta y posea una energía gravitatoria excepcional. El factor crucial es la diferencia en la concentración de energía y el flujo hacia la uniformidad.

Y lo mismo reza para cualquier clase de energía. En las máquinas de vapor hay un depósito de calor que convierte el agua en vapor, y otro depósito frío que vuelve a condensar el vapor en agua. El factor decisivo es esta diferencia de temperatura. Trabajando a un mismo y único nivel de temperatura no se puede extraer ningún trabajo, por muy alta que sea aquella.

El término “entropía” lo introdujo el físico alemán Rudolf J. E. Clausius en 1.849 para representar el grado de uniformidad con que está distribuida la energía, sea de la clase que sea. Cuanto más uniforme, mayor la entropía. Cuando la energía está distribuida de manera perfectamente uniforme, la entropía es máxima para el sistema en cuestión.

                  Rudolf J. E. Clausius

Clausius observó que cualquier diferencia de energía dentro de un sistema tiende siempre a igualarse por sí sola. Si colocamos un objeto caliente junto a otro frío, el calor fluye de manera que se transmite del caliente al frío hasta que se igualan las temperaturas de ambos cuerpos. Si tenemos dos depósitos de agua comunicados entre sí y el nivel de uno de ellos es más alto que el otro, la atracción gravitatoria hará que el primero baje y el segundo suba, hasta que ambos niveles se igualen y la energía gravitatoria quede distribuida uniformemente.

Clausius afirmó, por tanto, que en la naturaleza era regla general que las diferencias en las concentraciones de energía tendían a igualarse. O dicho de otra manera:

que la entropía aumenta con el tiempo.

El estudio del flujo de energía desde puntos de alta concentración a otros de baja concentración se llevó a cabo de modo especialmente complejo en relación con la energía térmica. Por eso, el estudio del flujo de energía y de los intercambios de energía y trabajo recibió el nombre de “termodinámica”, que en griego significa “movimiento de calor”.

La termodinámica (significa “calor” y  dinámico, que significa “fuerza”) es una rama de la física que estudia los fenómenos relacionados con el calor.

termodinamica001
Motor de combustión interna: transferencia de energía.

Específicamente, la termodinámica se ocupa de las propiedades macroscópicas (grandes, en oposición a lo microscópico o pequeño) de la materia, especialmente las que son afectadas por el calor y la temperatura, así como de la transformación de unas formas de energía en otras.

Con anterioridad se había llegado ya a la conclusión de que la energía no podía ser destruida ni creada. Esta regla es tan fundamental que se la denomina “primer principio de la termodinámica”.

La idea sugerida por Clausius de que la entropía aumenta con el tiempo es una regla general no menos básica, y que denomina “segundo principio de la termodinámica.”

Según este segundo principio, la entropía aumenta constantemente, lo cual significa que las diferencias en la concentración de energía también van despareciendo. Cuando todas las diferencias en la concentración de energía se han igualado por completo, no se puede extraer más trabajo, ni pueden producirse cambios.

¿Está degradándose el universo?

Pensemos en un reloj. Los relojes funcionan gracias a una concentración de energía en su resorte o en su batería. A medida que el resorte se destensa o la reacción química de la batería avanza, se establece un flujo de energía desde el punto de alta concentración al de baja concentración, y como resultado de este flujo anda el reloj. Cuando el resorte se ha destensado por completo o la batería ha finalizado su reacción química, el nivel de energía es uniforme en todo el reloj, no hay ya flujo de energía y la maquinaria se para. Podríamos decir que el reloj se ha “degradado”. Por analogía, decimos que el universo se “degradará” cuando toda la energía se haya igualado.

Si es cierto el segundo principio de la termodinámica, todas las concentraciones de energía en todos los lugares del universo se están igualando, y en ese sentido el universo se está degradando. La entropía alcanzará un máximo cuando la energía del universo esté perfectamente igualada; a partir de entonces no ocurrirá nada porque, aunque la energía seguirá allí, no habrá ya ningún flujo que haga que las cosas ocurran.

La situación parece deprimente (si el segundo principio es cierto), pero no es para alarmarse ahora, ya que el proceso tardará billones de años en llegar a su final y el universo, tal como hoy existe, no sólo sobrevivirá a nuestro tiempo, sino que con toda probabilidad también a la humanidad misma.

De todo esto podemos obtener una consecuencia clara y precisa; de acuerdo con el segundo principio de la termodinámica, la entropía del universo está en constante aumento, es decir, la energía que contiene tiende a igualarse en todas partes. Así que, como cualquier proceso que iguala las concentraciones de energía está aumentando el desorden en el sistema, nuestro universo cada vez tiene un mayor desorden con los movimientos aleatorios libres de las partículas que lo componen, cuyo comportamiento no es más que una especie de medida del desorden que en el universo se produce de manera continuada.

Rostros de la abuela con hija adulta y nieto en línea  Foto de archivo - 7964959

Las tres generaciones de arriba nos habla del tiempo quen pasa, de la entropía que es su compañera inseparable y, de los estragos que, en nosotros y en todas las cosas puede causar ese principio universal de que nada desaparece pero todo cambia.

La entropía está presente en la vida cotidiana: objetos que se descolocan, cosas que se desordenan, vestidos que se ensucian, un vaso que se cae y se rompe, los muebles que se llenan de polvo, el suelo que recoge las marcas de los pies que lo pisan, todo eso es entropía y, para arreglarla, tenemos que disponer bien las cosas, recoger los objetos caídos, lavar la ropa y limpiar el suelo o quitar el polvo, con lo cual, la entropía continúa estando presente en el esfuerzo que todo ello conlleva y deteriora la lavadora, la aspiradora y nos causa a nosotros por el esfuerzo realizado (deterioro-entropía).

La entropía está ineludiblemente unida al tiempo, ambos caminan juntos. En procesos elementales en los que intervienen pocos objetos es imposible saber si el tiempo marcha hacia delante o hacia atrás. Las leyes de la naturaleza se cumplen igual en ambos casos. Y lo mismo ocurre con las partículas subatómicas.

Un electrón curvándose en determinada dirección con el tiempo marchando hacia delante podría ser igualmente un positrón curvándose en la misma dirección, pero con el tiempo marchando hacia atrás. Si sólo consideramos esa partícula, es imposible determinar cuál de las dos posibilidades es la correcta.

En aquellos procesos elementales en que no se puede decir en que dirección marcha el tiempo, no hay cambio de entropía (o es tan pequeña la variación que podríamos ignorarla). Pero en los procesos corrientes, en las que intervienen muchas partículas, la entropía siempre aumenta. Que es lo mismo que decir que el desorden siempre aumenta.

Un saltador de trampolín cae en la piscina y el agua salpica hacia arriba; cae un jarrón al suelo y se hace añicos; las hojas caen de los árboles y se desparraman por el suelo. El paso de los años nos transforman de jovenes en viejos, ¿quién puede remediar eso?

El Universo no es infinito y se renueva cíclicamente a partir del Caos destructor para que surja lo Nuevo. ¡Qué me gustaría saber de donde surgió, en realidad, el Universo? ¿Será una fluctuación del vació que expulsó este universo nuestro de otro mayor? ¿Será, acaso, el mismo universo que se renueva una y otra ves? No parece que ese sea el caso. Lo cierto es que, sólo tenemos el Big bang y, sin la seguridad de que ese sea el comienzo cierto.

Se puede demostrar que todas estas cosas, y en general, todo cuanto ocurre normalmente en derredor nuestro, lleva consigo un aumento de entropía. Estamos acostumbrados a ver que la entropía aumenta y aceptamos ese momento como señal de que todo se desarrolla normalmente y de que nos movemos hacia delante en el tiempo. Si de pronto viésemos que la entropía disminuye, la única manera de explicarlo sería suponer que nos estamos moviendo hacia atrás en el tiempo: las salpicaduras de agua se juntan y el saltador saliendo del agua asciende al trampolín, los trozos del jarrón se juntan y ascienden hasta colocarse encima del mueble y las hojas desperdigadas por el suelo suben hacia el árbol y se vuelven a pegar en las ramas.  Todas estas cosas muestran una disminución de la entropía, y sabemos que esto está tan fuera del orden de las cosas que la película no tiene más remedio que estar marchando al revés.

En efecto, las cosas toman un giro extraño cuando el tiempo se invierte, que el verlo nos hace reír. Por eso la entropía se denomina a veces “la flecha del Tiempo”, porque su constante aumento marca lo que nosotros consideramos el “avance del tiempo”.

Quizás, algún día, la imaginación de los seres humanos, tan poderosa, pueda idear la manera de deterner el Tiempo y con él, eliminar la Entropía destructora. Por disparatada que pueda parecer la idea, yo no la descartaría…del toto.

Todo esto me lleva a pensar que, si finalmente el universo en el que estamos es un universo con la densidad crítica necesaria para el universo curvo y cerrado que finaliza en un Big Crunch, en el que las galaxias se frenaran hasta parar por completo y comenzaran de nuevo a desandar el camino hacia atrás, ¿no es eso volver atrás en la flecha del tiempo y reparar la entropía?

emilio silvera


  1. ¿La Mecánica Cuántica! ¡El Efecto Túnel! Y, ¿cuanto más? : Blog de Emilio Silvera V., el 6 de febrero del 2014 a las 4:04

    [...] en Descubrir y aprender    ~    Comments (0) « ¡La Entropía! con el paso del tiempo, todo lo destruye ¡Es tan bonito saber! A mí me gustaría. [...]

 

  1. 1
    josé luis
    el 16 de julio del 2011 a las 15:49

    EMILIO; NO DEL TODO ES MALA LA ENTROPIA, SIN ELLA NO PODRIAMOS SOBREVIVIR EN ESTE MUNDO, EJEMPLO, AL NO HABER DEGRADACIÓN DE LA ENERGÍA (ENTROPÍA) NO PODRIAMOS CAMINAR SOBRE NINGUNA SUPERFICÍE POR FALTA DE FRICCIÓN
    TAL VES LA PRIMERA MANIFESTACIÓN DE LA ENERGÍA SEA EL CALOR, ASI COMO LA ÚLTIMA SEA CALOR, ES DECIR A PARTIR DEL CALOR ( SOL ) SUS USOS Y TRANSFORMACIONES VOLVERAN A SER CALOR AL FINAL Y CLAR CON EL INCREMENTO DE ENTRIPÍA CORRESPONDIENTE AL SUMIDERO UNIVERSAL

    Responder
    • 1.1
      emilio silvera
      el 16 de julio del 2011 a las 16:55

      El ejemplo que has buscado de la fricción para poder caminar…se podría mejorar.
      De todas las maneras, no por hablar más alto se lleva más razón. Sin embargo, si gritas, puedes molestar a las personas que están oyendo lo que dices.
      El símil de los gritos está relacionado con el hecho de que escribes con mayúsculas, y, esas maneras, en este medio, se asimilan a quien está gritando.
      En cuanto a la Entropía, debes profundizar un poco más.
      Saludos.

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  2. 2
    Abdel Majluf
    el 16 de julio del 2011 a las 16:05

    Amigo mio, muy buen artículo, pero me trae a la memoria un video sobre una conferencia que dió un científico en la decada de los setenta, ” allí estaba el parado delante de toda esa concurrida asistencia hablando del inicio del universo, el Big Bang y luego de hablar de este, prosigue diciendo; Bueno, pero esa expansión hoy día se está frenando y llegara un día en que se frenará completamente, dejará de expandirse y se producira lo que nosotros llamamos un big crunch”………
    Es tan impredecble lo que ocurre en el universo, que muchas veces no responde a la interpretación de nuestras leyes físicas, por lo que hoy estamos llenos de singularidades, quizas la teoria de la incertidumbre sea hoy cada día mas necesaria. nuestro entendimiento sobre el cosmos, mientras mas lo investigamos y conocemos, se nos hace cada día mas pequeño. El otro día miraba en un sitio de artículos de ciencia, como es ciencia kanija y me imprecionaba como hablando de un tema, lo que pulicaba un artículo del 2011, era completamete distinto a lo que se había estudiado y publicada en otro de 2010 y este era distinto a otro del 2009 y de otro del 2008. Lo cierto es que en todos, los científicos decian que esa era la respuesta correcta y cada año, esa respuesta cambiaba, esto me trae a la memoria el nombre de un artículo tuyo ” Estamos preparados para saberlo todo”, pareciera que no, quien no nos dice que hipotétiamente estamos dentro de un agujero negro, hay tantas interrogantes, pero a veces sonamos un poco arrogantes al creer saber a ciencia cierta algo, el universo es impredecible, mejor ser cauto.

    Saludos cordiales.

    Abdel Majluf

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  3. 3
    emilio silvera
    el 16 de julio del 2011 a las 16:50

    Estimado Abdel, es verdad que el Universo es cambiante y que a´çun nos queda mucho para poder afirmar o negar nada. Sin embargo, parece que finalmente el fin del Universo no será ese big crunch del que tantas veces se habló. La densidad de materia, es decir, la Densidad Crítica de materia, o lo que los cosmñologos llaman el Omega Negro, no parece que sea suficiente para que se produzca ese retroceso y ese volver a empezar. Estamos en un Universo de Einstein-Sittert, es decir plano, que se expandirá para siempre. Bueno, eso es lo que parece, y, no digo que mañana, se diga que otros estudios y observaciones han dado otras medidas.
    Tampoco podemos negar que cada día que pasa, algo más avanzamos y, el que salgan teorías o trabajos que desdigan a otros anteriores es bueno, ya que, esos últimos están realizados con más medios, mejor tecnología y, sobre todo, con más conocimientos. De esa manera, es como debe ser y como debe suceder, toda vez que avanzamos, no retrocedemos y, para los investigadores y autores de teorías, no hay nada más agradable que ir encontrado los fallos de la anterior para ir perfeccionando aquellas primeras impresiones que, aunque se acercaban, no eran la realidad buscada.
    La Historia de la Ciencia siempre ha sido y será así. Se hacen nuevos descubrimientos que duran un período normal hasta que, habiendo avanzado lo suficiente, se obtienen nuevos datos y nuevos conocimientos que posibilitan hacer o predecir nuevas cuestiones algo más avanzadas que las anteriores. Así ha sido siempre.
    La maquinaria no se para, la imaginación tampoco, y, la curiosidad del ser humano, insaciable como resulta ser, será el motor, junto con la necesidad, de que vayamos cada vez más lejos.
    Un saludo cordial.

    Responder
  4. 4
    emilio silvera
    el 19 de marzo del 2012 a las 10:02

    ¡La Flecha del Tiempo!
    Se lanzó condo ocurrió aquella gran explosión y, desde entonces, sólo puede caminar en una dirección: Al Futuro.
    Junto al Tiempo, también estaba presente la Entropía que, con un trabajo predeterminado que realizar, no deja de cumplir con su misión desde entonces y, está presente en todas partes y, en todas partes, en todas las regiones del Universo, por muy alejadas que estén, allí está “ella” La Entropía, haciendo estragos al deteriorar todas las cosas bien sean inanimadas o vivas, ella, lo destruye todo que, con su intervención, queda finalmente transformado en otra cosa distinta de lo que en un principio fue.
    ¡La Entropía!
    Esa fuerza callada e inexorable que, con su inmenso poder, todo lo arrasa y con todo acaba. Nada puede oponerse a su efecto destructor. La Entropía camina al lado del Tiempo, su compañero inseparable y, todo lo demás, la materia y la energía (por abarcar todos los objetos que existen), están supeditados a su quehacer que no es otro que deteriorarlo todo, nada puede permanecer.
    Incluso estrellas, galaxias y, hasta el mismo Universo, acusan los estragos que la Entropía produce cuando con el paso del Tiempo realiza su trabajo que, teniendo marcado “un tiempo” para cada cosa, hace que seres vivos, materia inerte, ríos y lagos, mares y Océanos, atmósferas de los planetas, sistemas planetarios y agujeros negros…Todo, sin ecepción, tendrá su final en este universo nuestro, en el que, el Tiempo y la Entropía, harán posible que, finalmente, todo quede inerte y frío, como dormido, en ausencia de movimiento.
    ¡Que final más triste para un Universo tan maravilloso!

    Responder
    • 4.1
      kike
      el 19 de marzo del 2012 a las 10:44

      Tan triste y baldío sería que la entropía dejase un universo frio y oscuro, donde las hacedoras de materia que son las estrellas hubieran desaparecido para dejar solamente polvo disperso y sin posibilidad de acreción, sería tan triste repito que no lo puedo admitir.

       Sabemos de la sabiduría de la naturaleza; de su gran aprovechamiento de la energía a través de maravillosas transformaciones y modificaciones; y aunque solo fuera por eso pienso que ese patético escenario no llegará a existir; sólo por eso ya creería más en el universo oscilante; en el Big Crounch alternativo o algo por el estilo, ya que de esa forma se tendría asegurado la contínua labor de la materia y la gravedad.

        De todas formas, para que se pueda llegar a esa desolación entrópica creo que habría que conocer más a fondo  esa gran incógnita que son los agujeros negros, ya que pudieran poseer una ilimitada reserva de energía que pudiera luchar con exito contra la puñetera entropía.

       Además, pienso que todo lo que existe lo es por algún motivo, y si se llegase a un universo apagado, aunque seguramente tendría alguna razón (Ya sé que la naturaleza no necesita nuestras razones),  me cuesta adivinar cual sería, y como no lo comprendo, no lo asumo. 

        Al igual que con el tiempo los terráqueos, si existen aún, deberán abandonar nuestro sistema solar, quizás dentro de miles de millones de años también deban abandonar el universo que conocemos en busca de otros más jóvenes y calientes.

      Un abrazo, Maese.

      Responder
  5. 5
    Fandila
    el 8 de octubre del 2012 a las 16:41

    La entropía todo lo destruye, en el sentido de que la materia va “muriendo” como ocurre con los seres vivos. Lo que pasa es que al igual que en estos, la muerte de unos y su detritus sirven como base para que otros pervivan o se generen, de tal forma que globalmente se constituye un ciclo. Para el universo entero ese ciclo global será a muy largo plazo. Sin embargo localmente la entropía ha de ser aprochable también. ¿Cómo se forma una estrella por ejemplo? El polvo cósmico no siembre proviene del desparramado por “muerte” de otras estrellas o se negaría la generación misma de la materia. La materia (Materia normal que existe en un momento dado) no puede ser la misma del principio de los tiempos, sino provenir de alguna forma de esas dimensiones mínimas que siempre están presentes. Qué es la entropia (La perdida) sino esas dimensiones mínimas que conforman toda materia y que se van pierdiendo como una desintegración que ya no puede volver de nuevo, sino en la generación de iguales estructuras o parecidas. ¿Cömo es posible que toda la materia normal existente ahora fuera la misma que existía hace 9000 mill. de años, salvo que el espacio fuera el mismo? Una contradicción. En el futuro habrá más materia normal y más detritus en el “vacío” pero relativamente ambos permanecerán según una relación equivalente. Otra cosa no es entendible.

    Responder
  6. 6
    Fandila
    el 8 de octubre del 2012 a las 16:53

    Releo de nuevo el artículo y me paro en lo de que la energía se va igualando. Se supone que llegará un tiempo que toda ella esté “desparramada” por el Universo constituyendo una casi nada. Eso puede ocurrir en sistemas cerrados o en muchos sistemas cerrados a la vez, sin embargo globalmente la energía se conserva, y las leyes físicas nos aseguran que tanto existe la concentración como la desconcentración. Eso sí la reversión entre una y otra como afirma Penrose necesitará de evos, o periodos de tiempo muy grandes, porque el tiempo es relativo a la velocidad. Sin emabargo en ambientes más localizados el tiempo de reversión y generación será menor.

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