Disminución local de la entropía, ¿requiere vida?

La entropía universal puede disminuir solo localmente a expensas de un aumento mayor en otros lugares.

¿Puede ocurrir esto en un entorno sin vida o requiere necesariamente de organismos vivos para hacerlo?

¿Puede ocurrir esto espontáneamente o tiene que ser un proceso intencional, como construir un refrigerador?

Mi suposición es que necesita gastar un esfuerzo decidido para disminuir la entropía localmente. Necesita gastar energía para crear diferencias en la densidad de energía y necesita tener una razón por la que lo hace. Los organismos vivos usan energía para crear y mantener su orden interno por razones de supervivencia. La materia inanimada no tiene por qué hacer nada. Los procesos causales descontrolados siempre van hacia una mayor entropía.

Esta pregunta parece entrar en la zona gris entre la física y la filosofía. ¿Requiere una disminución local de la entropía un control intencional sobre el curso de los acontecimientos?

¿Qué tan local es local?
En un sistema con máxima entropía, cualquier perturbación produce necesariamente un aumento del orden local.
Esta es una muy buena pregunta en mi humilde opinión. No tengo tiempo para escribir una buena respuesta, pero un término de búsqueda relevante es "estructuras disipativas".
Según sus comentarios a otras respuestas, parece que está preguntando sobre disminuciones globales en lugar de disminuciones locales.
La primera suposición que puede cuestionarse en la pregunta es que la vida disminuye la entropía . Aquí hay una respuesta a ese mismo problema que encuentro particularmente convincente: physics.stackexchange.com/a/450742/311469 Una mejor pregunta podría ser "¿Qué sistemas son capaces de disminuir la entropía internamente?" de los cuales dudo que la vida sea una. Como el trabajo requiere un aumento de la entropía, supongo que sería un sistema capaz de producir trabajo negativo.
Los términos "local", "gastar energía" y "entropía" y "globalmente" parecen usarse de manera confusa en esta pregunta. ¿Te refieres a la definición física de "local" y "entropía"? "Gastar energía" claramente no puede usar el significado físico, a menos que se refiera a convertir energía en masa en reposo, o esté hablando de aumentar la entropía de la energía. Usas "densidad de energía", que... ¿podría ser un intento de hablar de baja entropía?
No hay nada confuso en mi pregunta. Los procesos causales siempre aumentan la entropía. El ruido aleatorio se inserta en el sistema en cada evento cuántico. Así me han dicho. Si esto es cierto, entonces solo los procesos no causales pueden disminuir la entropía. No estoy al tanto de ningún otro proceso no causal además de la vida. - Esto es paralelo a la entropía de Shannon, donde el ruido aumenta la entropía y la señal la disminuye. Estoy buscando la "señal" de la entropía termodinámica.

Respuestas (3)

No se necesita vida para esto. Todo lo que necesita es que el calor fluya lejos de la región local. Llevará consigo la entropía. Ejemplo: prepárate una taza de café. Pon la taza sobre una mesa y espera mientras se enfría. La entropía de la taza de café cae (y aumenta la entropía del aire circundante).

También un enfriamiento de lava por ejemplo que no involucra vida en absoluto.
El requisito previo es que haya una entropía local superior a la circundante. La entropía es una cualidad emergente de los sistemas con excitación desigual, paralela a la flotabilidad.
Estoy preguntando sobre la situación en la que la entropía local es más baja que la circundante, más lejos del equilibrio. El enfriamiento espontáneo aumenta la entropía al distribuir la energía de manera más uniforme.
@PerttiRuismäki está bien, pero ¿podrías ser más preciso? Es la temperatura y no la entropía (ni la densidad de entropía) lo que se iguala en el equilibrio. La temperatura puede reducirse, por ejemplo, por evaporación o reacción química.
@PerttiRuismäki: bueno, ¿qué pasa con el ejemplo de enfriamiento de lava que mencionó Maciej Piechotka? Considere una región local pequeña (imaginaria) centrada alrededor de un cristal en crecimiento (la lava se cristaliza en roca); esta región tiene una entropía más baja que el entorno (que es una sopa caliente de roca derretida) y su entropía disminuye a medida que crece el cristal. Es solo que la región local elegida no es un sistema aislado; la vida es solo otro ejemplo (aunque mucho más complicado) de un sistema localizado que no está aislado.
@FilipMilovanović La entropía es extensa, por lo que cualquier cosa lo suficientemente pequeña debe tener una entropía más baja que otras cosas más grandes. Así que supongo que te refieres a la entropía por unidad de volumen o por unidad de masa o algo así.
@AndrewSteane, supongo que sí (estaba tratando de abordar el requisito de OP de "la entropía local es más baja que la de los alrededores", por lo que la entropía por unidad de volumen se ajusta a eso), pero eso es más un aparte, mi punto era sobre la disminución local.

Ocurre unas 50 veces por segundo en cualquier motor de combustión interna, incluidos los automóviles. sin vida La vida no tiene un significado específico en sentido termodinámico.

Pero necesitas vida para construir el motor. Además, ¿un motor disminuye la entropía local? Entiendo que un refrigerador lo hace, pero no estoy seguro sobre el motor.
@PerttiRuismäki Sí, en un motor de 4 fases, en al menos 1 fase, la entropía local disminuye. Sí, se requería vida para crear un motor ICE.
Afaik, la disminución de la entropía local no es algo poco común, siempre sucede si un medio se enfría sin otros procesos significativos. Puede suceder en cualquier momento.
Afaik, el enfriamiento espontáneo es un proceso que aumenta la entropía a medida que la energía se distribuye de manera más uniforme hacia el equilibrio. Un refrigerador es todo lo contrario, utiliza energía para transferir energía desde el interior más frío al exterior más cálido, lo que aumenta la diferencia de temperatura.
Si el universo es realmente infinito y en su mayor parte aleatorio, entonces, en algún lugar, las rocas espaciales se fusionaron en un motor de combustión interna del tamaño de un planeta por pura casualidad. Diablos, en esas condiciones, en algún lugar, un Ford Mustang de 1965 se materializó a partir de fluctuaciones cuánticas.
@PerttiRuismäki El recuento de los microestados disminuye con la temperatura.
@ user253751 Esta es una microfluctuación aleatoria alrededor del estado de equilibrio. La termodinámica trata sobre el macroestado del sistema. Hay experimentos mentales de filosofía fronteriza sobre que el Universo podría ser una gran fluctuación cuántica, e incluso hay ideas aún más difíciles .
@peterh A medida que la energía total disminuye por la temperatura, también disminuye la cantidad de energía disponible para el trabajo. Este hecho está en conflicto con otro hecho de que una disminución de la entropía requiere la inserción de energía. ¿Que me estoy perdiendo aqui?
@PerttiRuismäki Creo que la entalpía y similares solo complican las cosas aquí. Pero probablemente puedas calcularlo, sustituyendo cosas en fórmulas. Creo que es mejor si piensas en la formulación termodinámica estadística .

Cuando algo caliente se enfría, pierde entropía localmente y su entorno la gana.

Cuando un animal come alimentos y emite calor y productos de desecho, pierde entropía localmente y su entorno la gana. La comida se convierte en productos de desecho de mayor entropía, y la baja entropía extraída se utiliza para mantener al animal.

Cuando un motor de combustión interna quema combustible, pierde entropía localmente y su entorno la gana. El combustible de baja entropía se convierte en trabajo útil de baja entropía y se emiten los subproductos de mayor entropía.

Todas las formas de "disminución de la entropía" requieren la emisión de "desechos" de alta entropía. Para reducir la entropía localmente, debe agregar una entropía baja y convertirla en desperdicio.

Lava que fluye en un océano. Tiene mucho calor (entropía), que pierde con el agua que produce vapor (el agua fría es una entrada de baja entropía, el vapor es un desperdicio de alta entropía).

Initial  <-- low entropy input
System   --> high entropy waste
 \/        
Lower entropy system

Sospecho que lo anterior es a lo que te refieres. La vida tiende a hacer mucho lo anterior.

El truco es que la transferencia de entropía de la entrada de baja entropía al desperdicio de mayor entropía es mayor que la disminución de la entropía del sistema mismo.

El juego entonces se convierte en asignar cuál es la entrada, cuál es el desperdicio y cuál es el sistema.

La vida y nuestros inventos tienden a tener un "sistema" de macroestado claro del que se puede hablar. Pero lo mismo puede ocurrir a escala molecular.

Si tiene alguna reacción química con dos componentes A y B y dos salidas C y D, de modo que C tenga una entropía más baja que A, calificaría. Para ser reconocible, la reacción también tendría que causar que C y D se separen (como uno se convierte en gas, el otro no).

Mi comprensión de la entropía es que en alta entropía la energía se distribuye uniformemente y en baja entropía la energía está en bultos de diferentes densidades. Por lo tanto, la lava que fluye en el océano parece un proceso hacia una mayor entropía. La energía se distribuye de manera más uniforme, la lava se enfría y el océano se calienta.
@pertti En todos los procesos, la entrada aumenta. En la práctica, no existe ningún proceso en el que no aumente la entropía. Si combina los sistemas de lava y agua, la entrada sube; si solo miras la lava localmente, la entrada baja; el agua fría es "alimento" de baja entropía, el vapor es "desecho" de mayor entropía. Cuando como, como comida, luego expulso calor y caca de mayor entropía. Si tomas el sistema (yo+comida)->(yo+caca+calor residual), la entropía aumenta. Como la lava.
Las plantas, a través de la fotosíntesis, toman luz de baja entropía, CO2 y agua, y producen azúcares de carbono de baja entropía y calor residual. El sistema gana entropía; pero uno de los subproductos (azúcares de carbono) es de menor entro que uno de los insumos (co2 y agua). Esto se contrarresta con la comida (luz solar de baja entropía) frente a los desechos (calor).
En el enfriamiento de la lava, la cantidad de energía disponible para el trabajo no aumenta. Las diferencias de temperatura no aumentan, el calor solo se dispersa y nada de él se convierte en otras formas de energía. En la fotosíntesis parte de la energía solar se convierte en energía química.
@PerttiRuismäki Como dije en mi comentario a su pregunta, parece que en realidad está preguntando sobre los cambios de entropía global en lugar de los locales.
@PerttiRuismäki No, ¿la fotosíntesis disminuye la energía total disponible para el trabajo? La entropía total aumenta. La entropía total siempre aumenta . La vida no cambia eso. Gran parte del calor se convierte en otras formas de energía: descompone el agua en vapor, que no es calor. La lava se solidifica: de nuevo, no se calienta. Al asignar "comida", "residuos" y "sistema" a subconjuntos arbitrarios de antes/después, puede hacer que algún subsistema tenga menos entropía después; pero la entropía total subió.
@Yakk Por supuesto, la entropía total siempre aumenta. Estoy hablando de la entropía de un subsistema local. La lava caliente en un océano frío es un sistema de baja entropía. Hay diferencias de temperatura, energía disponible para el trabajo. La lava fría en un océano ligeramente más cálido es un sistema de mayor entropía. Sin diferencias de temperatura, no hay energía disponible para el trabajo. - Una planta crece. Cada vez se organizan más átomos para construir la planta. La energía se convierte en energía química que está disponible para el trabajo posterior. La entropía del sistema planta-entorno se reduce.
Disminución local de la entropía, ¿requiere vida?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v