¿La entropía destruirá el universo?

27953 La palabra entropía evoca imágenes de caos desorden y destrucción. Se ha hablado de que la entropía podría ser el fin del cosmos pero ¿qué es realmente la entropía?.

La palabra entropía evoca imágenes de caos desorden y destrucción. Se ha hablado de que la entropía podría ser el fin del cosmos pero ¿qué es realmente la entropía?.

La segunda ley de la termodinámica

Para entender la entropía primero debemos entender la segunda ley de la termodinámica un principio fundamental para la física.

Imagina que colocas un cubito de hielo en una taza de té caliente sin interactuar con otros elementos. El té se enfriará al mismo tiempo que el hielo se calentará y derretirá. Al final el agua del cubo y la del té tendrán la misma temperatura.

La energía siempre fluye en un sentido del cuerpo que tiene más energía (el té) al que tiene menos (el hielo) nunca al revés.

La entropía es la medida de qué tan uniformemente está distribuida la energía en un sistema. Al principio en el sistema del hielo hay menos entropía que al final cuando la energía está distribuida uniformemente.

La segunda ley de la termodinámica asevera que en un sistema aislado la entropía nunca disminuye solo puede aumentar. Por lo tanto la entropía es como una fuerza que siempre está queriendo aumentar.

8964 La palabra entropía evoca imágenes de caos desorden y destrucción. Se ha hablado de que la entropía podría ser el fin del cosmos pero ¿qué es realmente la entropía?.

El concepto de microestados y macroestados

El estudio de la entropía se basa en el concepto de microestados y macroestados.

Imaginemos que tenemos un tablero en el que podemos colocar cuatro canicas dos negras y dos blancas de diferentes maneras. Cada una de estas combinaciones se llama microestado. En este sistema pequeño tenemos cuatro microestados en los que la energía está separada y solo dos microestados en los que la energía está distribuida.

Si ampliamos el sistema a un tablero de 10×10 la cantidad de microestados posibles sería inconmensurablemente grande. Según estudios habría más de 1029 microestados posibles lo cual es mucho más que el número de estrellas en el universo observable.

La mayoría de los microestados son estados de alta entropía donde las fichas blancas y negras están distribuidas de manera prácticamente uniforme. Solo hay unas pocas combinaciones donde las fichas están separadas perfectamente.

Si ampliamos el sistema a millones o cientos de millones de partículas la cantidad de combinaciones posibles se vuelve gigantesca y la posibilidad de lograr una combinación ordenada infinitesimalmente pequeña.

Macroestados y percepción de orden

Aunque los microestados de un sistema grande son prácticamente incalculables los macroestados que resultan de los microestados son más fáciles de medir. Por ejemplo la temperatura presión y volumen de una masa de aire. Algunos macroestados los percibimos como ordenados y conteniendo mayor información mientras que otros los percibimos como desordenados y sin sentido.

A nivel micro se requiere más información para definir la posición de cada elemento en un sistema en trópico pero el macroestado en trópico contiene menos información. Por ejemplo el ruido blanco se percibe como un sistema en trópico a pesar de que a nivel micro se necesite más información para definir la posición de cada elemento.

Es fácil pasar de un sistema ordenado a uno en trópico pero casi imposible hacer lo contrario. Por eso la segunda ley de la termodinámica es la única de las leyes físicas fundamentales que describe una flecha del tiempo.

El futuro remoto y la muerte térmica del universo

Si concebimos al universo en su totalidad como un sistema aislado y aplicamos la segunda ley de la termodinámica en algún momento del futuro remoto llegará a un estado de entropía total donde toda la energía estará distribuida uniformemente. Esto se conoce como la muerte térmica del universo.

Hace algunas décadas se daba por sentado que esto ocurriría. Sin embargo en los últimos tiempos se ha empezado a cuestionar esta idea. Algunas investigaciones apuntan que si la constante cosmológica la densidad energética del vacío del espacio no es cero sino positiva la muerte térmica del universo nunca llegará.

En resumen la entropía es la medida de la distribución de energía en un sistema y la segunda ley de la termodinámica establece que la entropía tiende a aumentar en un sistema aislado. Esto tiene implicaciones para el futuro del cosmos y plantea interrogantes sobre el surgimiento y evolución de la vida en un universo en constante búsqueda de equilibrio.