¿Por qué la ley de la entropía creciente, una ley que surge de las estadísticas de muchas partículas, sustenta la física moderna?

Tal como lo interpreto, la ley de la entropía siempre creciente establece que "un sistema siempre se moverá hacia el estado más desordenado, nunca en la otra dirección".

Ahora, entiendo por qué sería virtualmente imposible para un sistema disminuir su entropía, así como es virtualmente imposible para mí resolver un cubo de Rubik haciendo giros al azar. Sin embargo, la (muy pequeña) probabilidad permanece.

¿Por qué esta ley sustenta gran parte de la física moderna? ¿Por qué es inútil una teoría que rompe esta ley, y por qué el demonio de Maxwell era un problema tan grande? ¿Esta ley no solo describe lo que es más probable que suceda en los sistemas complejos, no lo que tiene que suceder en todos los sistemas?

Respuestas (3)

Hannesh, tienes razón en que la segunda ley de la termodinámica solo describe lo que es más probable que suceda en los sistemas macroscópicos, en lugar de lo que tiene que suceder. Es cierto que un sistema puede disminuir espontáneamente su entropía durante un período de tiempo, con una probabilidad pequeña pero distinta de cero. Sin embargo, la probabilidad de que esto suceda una y otra vez tiende a cero en tiempos largos, por lo que es completamente imposible en el límite de tiempos muy largos.

Esto es bastante diferente del demonio de Maxwell. El demonio de Maxwell fue un problema significativo porque parecía que un ser inteligente (o más generalmente cualquier computadora) capaz de hacer mediciones muy precisas podría disminuir continuamente la entropía de, digamos, una caja que contiene moléculas de gas. Para quien no conozca el problema, esta disminución de entropía podría producirse a través de un tabique con una pequeña ventana que el demonio puede abrir o cerrar con una aportación de trabajo insignificante. El demonio solo permite que las moléculas que se mueven rápidamente pasen en una dirección y las que se mueven lentamente en la otra dirección. Esto efectivamente hace que el calor fluya desde un cuerpo de gas frío en un lado de la partición hacia un cuerpo de gas caliente en el otro lado. Dado que este demonio podría ser un sistema macroscópico, entonces tiene un sistema termodinámico cerrado que puede disminuir su entropía de manera determinista al mínimo posible y mantenerla allí todo el tiempo que quiera. Esta es una clara violación de la segunda ley, porque el sistema nunca tiende al equilibrio termodinámico.

La resolución, como sabrán, es que el demonio tiene que almacenar temporalmente información sobre las posiciones y velocidades de las partículas de gas para poder realizar su diabólico trabajo. Si el demonio no es infinito, eventualmente debe eliminar esta información para dejar espacio para más, de modo que pueda continuar disminuyendo la entropía del gas. Borrar esta información aumenta la entropía del sistema lo suficiente como para contrarrestar la acción de enfriamiento del demonio, según el principio de Landauer . Esto fue demostrado por primera vez por Charles Bennett , creo. El punto es que, aunque parezca que los seres vivos disminuyen temporalmente la entropía del universo, la segunda ley siempre te alcanza al final.

Para agregar a esta respuesta: aunque las escalas de tiempo con las que tratamos en realidad no son infinitas, se puede demostrar fácilmente que las probabilidades de fluctuaciones en la escala macroscópica (es decir, disminuciones en la entropía del orden 1 j k 1 ) son del orden mi 1 / k B 10 10 23 , que es inimaginablemente minuto. Además, dado que las probabilidades se pueden calcular con precisión, esto explica por qué la termodinámica sigue siendo importante en escalas lo suficientemente pequeñas como para que las fluctuaciones sean significativas.

Básicamente, en general, explicamos la entropía como "el desorden del sistema", la medimos a gran escala para objetos macroscópicos, no para objetos microscópicos.

Hola Fahad, esto realmente no comienza a abordar la pregunta real. ¿Puedes ampliar tu respuesta?

en realidad es un error decir que la entropía es desorden, la entropía no es 'desorden' y el cambio de entropía no es 'del orden al desorden'. La entropía mide la dispersión de la energía: cuánta energía se distribuye en un proceso, o cuán ampliamente se distribuye, a una temperatura específica. En química, la energía que mide la entropía es la "energía de movimiento", la energía de traslación, vibración y rotación de las moléculas y, si corresponde, la energía de cambio de fase. (La energía de enlace solo está involucrada cuando ocurren reacciones químicas). Prescindamos de al menos un mito popular: "La entropía es desorden" es una afirmación bastante común, pero la coincidencia no la hace correcta. La entropía no es "desorden", aunque los dos pueden estar relacionados entre sí. Para una buena lección sobre las trampas y peligros de tratar de afirmar qué es la entropía, ver Insight into entropy por Daniel F. Styer, American Journal of Physics 68(12): 1090-1096 (diciembre de 2000). Styer usa cristales líquidos para ilustrar ejemplos de mayor entropía que acompaña a un mayor "orden", bastante imposible en la visión del mundo de la entropía es el desorden. Y ten en cuenta también que "orden" es un término subjetivo, y como tal está sujeto a los caprichos de la interpretación.

lea esto para obtener más aclaraciones http://entropysite.oxy.edu/cracked_crutch.html

La entropía mide la dispersión de energía No, esto no funciona como una definición de entropía. Por ejemplo, supongamos que tenemos una red cristalina con norte sitios, y un sitio tiene un agujero. la entropía es en norte . Esto no tiene nada que ver con la energía o la dispersión de la energía.