¿Cuál es la conexión entre la irreversibilidad de la descomposición de los núcleos inestables (como el uranio, el plutonio) y el segundo principio de la termodinámica?

Es cierto que las ecuaciones termodinámicas clásicas surgen de la mecánica estadística. Y que el aumento de entropía depende del aumento del número de microestados.

Las desintegraciones también aumentan el número de microestados. Son irreversibles porque la descomposición libera energía y el sistema termodinámico no puede entregar suficiente energía y combinación de partículas para volver al estado original, como tampoco puede volver a ningún microestado original. Si un uranio se rompe, hay una probabilidad si los fragmentos correctos con la energía correcta chocan para unirse de nuevo si la energía cuantificada correcta se suministra a los fragmentos por colisiones fortuitas, pero la probabilidad es muy, muy pequeña.

La pregunta es, ¿QUÉ empuja a una partícula (por ejemplo, un artículo alfa) fuera del núcleo principal? ¿POR QUÉ el alfa no permanece para siempre en el núcleo principal?

La descomposición nuclear ocurre porque los núcleos están unidos por la fuerza fuerte, pero existe la fuerza repulsiva de los protones, que solo se equilibra con los neutrones a lo largo de la diagonal en esta gráfica de isótopos. Cuanto mayor sea el número de protones, más neutrones se necesitarán proporcionalmente para unir el isótopo. Demasiados neutrones permiten la inestabilidad del neutrón (se desintegra cuando está libre) una probabilidad de decaimiento. La descomposición y la fisión liberan energía de unión, porque el sistema ya no está ligado mecánicamente cuánticamente y se rompe en fragmentos, creando más microestados.

¿La irreversibilidad de la desintegración nuclear está relacionada con el segundo principio de la termodinámica? O, ¿hay alguna similitud entre ellos? La configuración de hija-núcleo + partícula emitida, ¿representa un sistema con MÁS estados? (Mecánicamente cuántico, este sistema se describe mediante UN SOLO estado cuántico).

Este sistema fue descrito por una función de estado de la mecánica cuántica antes de que decayera. Después de que decayó, ya no está en un solo estado cuántico una vez que los fragmentos interactúan en el baño de calor del medio ambiente.

¿O la descomposición y el segundo principio de la termodinámica provienen de un principio común más fundamental?

La descomposición ocurre porque el sistema tiene una probabilidad mecánica cuántica de descomposición, una vida media . Es computable con modelos de mecánica cuántica, no con modelos termodinámicos (es decir, mecánica estadística). Entran potenciales y niveles de energía y el principio de exclusión de Pauli, toda la artillería. La termodinámica es un fenómeno emergente del marco subyacente de la mecánica cuántica, ciertamente para materiales con desintegraciones nucleares, pero también en general, ya que los átomos y las moléculas también son entidades mecánicas cuánticas.

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Cuando uno continúa estudios en disciplinas que dependen de la física, debe tener en cuenta que al describir los fenómenos naturales, se debe considerar el marco adecuado. También que existe una jerarquía en los marcos físicos, comenzando desde el rango microscópico de partículas elementales que van a los núcleos, a los átomos/moléculas a los estados sólido/líquido/gas. Cada marco tiene su región de validez, modelos y herramientas computacionales.

Matemáticamente en los modelos a medida que se eleva la jerarquía, en la confluencia de dos marcos, emerge el marco más grande en centímetros. Es un resultado de muchos cuerpos del hecho de que todo está compuesto de partículas elementales y sus enlaces. Así, la termodinámica es una teoría emergente y la segunda ley es una ley para grandes dimensiones, con respecto al marco mecánico cuántico en el que se basa en la naturaleza. Emerge de la naturaleza probabilística de la mecánica cuántica.

Esto quedó muy claro con el problema del cuerpo negro y su solución , que la termodinámica con la mecánica estadística clásica era inadecuada para describir la situación.

En dimensiones cósmicas, se postula la fuerza de la gravedad, y las teorías clásicas describen muy bien los movimientos de la tierra y de los planetas, etc.; el punto de vista actual es que es el marco más alto de la Relatividad General el que en el caso límite se convierte en la teoría gravitacional de la mecánica newtoniana. Entonces, en este caso, las leyes de Newton dependen de las leyes de la Relatividad General, desde el marco grande hasta el inferior. La termodinámica no es tal caso.