termodinámica

[Kevin Gantes]

“La Segunda Ley de la Termodinámica establece que la entropía de un sistema aislado siempre aumenta.

[delmar7]

Hola Kevin Gantes

Bienvenido al foro

En efecto la entropia del sistema aislado siempre aumenta. Una de las aplicaciones de la 2da Ley, es por ejemplo saber si un suceso es posible o no, al determinar la entropia del universo (sistema aislado) en caso ocurriera el suceso, se ve si la entropia del universo aumenta o no, en caso aumente es posible en caso contrario es imposible. Los sucesos posibles en consecuencia son irreversibles, no hay forma que el universo, vuelva a su situacion anterior precisamente por que el universo nunca tomara la entropia anterior. Los sucesos que se corresponden con entropia constante se llaman reversibles (el universo podria volver a su situacion anterior) pero no ocurren; por que implican hipotesis que no se dan en la realidad (solo hay aproximaciones) son ideales.

Saludos

Disculpar escritura uso celular.

[The Higgs Particle]

Solo por puntualizar, es incorrecto decir que la entropía en un sistema macroscópico aislado siempre aumenta. Lo que nos dice es que "tiende a aumentar", en el sentido probabilístico de la palabra. Matemáticamente, la probabilidad de un proceso asociado con un cambio $\Delta S$ de entropía $P\sim e^{-\Delta S/k_B}$, así que está realmente suprimido por ejemplo para un sistema formado por un número macroscópico de partículas ($P\sim e^{10^{23}}\sim 0$), pero no es estrictamente cero.

Me parece importante resaltarlo porque nada impide que haya una fluctuación espontánea en un sistema en el que su entropía disminuya. Y esta clase de argumentos ha llevado a formulaciones como la de los cerebros de Boltzmann (que también han sido tratados de forma seria por la comunidad científica) o discusiones sobre ergodicidad y demás.

[delmar7]

Solamente para clarificar hay dos enfoques de los procesos termodinámicos, la termodinámica clásica (macroscópica, la entropía es una función de estado ) con la que he respondido a la pregunta del forista y la termodinámica estadística (microscópica, la entropía es una medida de probabilidad) con la que ha respondido The Higgs Particle, ambas respuestas son correctas según el enfoque. El universo evidentemente es una entidad macroscópica y es el único sistema realmente aislado.

Saludos

[The Higgs Particle]

Hola, Delmar!

Discrepo un poco con tu respuesta, o al menos tal y como la he interpretado (puede que solo sea semántica )

[SIZE=14px]Solamente para clarificar hay dos enfoques de los procesos termodinámicos, la termodinámica clásica (macroscópica, la entropía es una función de estado ) con la que he respondido a la pregunta del forista y la termodinámica estadística (microscópica, la entropía es una medida de probabilidad)

No lo veo como que haya dos visiones alternativas, sino que le termodinámica clásica que solemos usar en el día a día se deduce de la física estadística, donde lo que hay son distribuciones de probabilidad, y donde incluso los colectivos estadísticos convencionales (tanto en clásica como en cuántica), surgen de un caso muy especial donde $\partial \rho/\partial t = 0$, etc. Es decir, la termodinámica no es una teoría fundamental, sino emergente de las leyes de la física estadística, y por ende supeditada a ésta. La principal razón por la que no observamos más fluctuaciones macroscópicas de entropía disminuyendo es simplemente porque estadísticamente están realmente desfavorecidas, como dije . Pero aun así es posible, y ha sido observado u estudiado también en sistemas con un número nada despreciable de partículas (por ejemplo [1], [2]). E incluso más allá, como mencioné, se han hecho estudios formales sobre hipótesis como la de los cerebros de Boltzmann (aquí por ejemplo hay una discussión de Sean Carroll sobre cómo evitarlos formalmente).

Pero más allá de estas cosas, hay muchísimos ejemplos en los que la descripción estadística de la entropía se vuelve absolutamente fundamental, como debe ser pues es lo que hay de fondo, (aparte del hecho de que existen varios tipos de entropía), como en sistemas fuera del equilibrio (desde átomos interaccionando con fotones hasta una explosión de TNT), ciertos sistemas topológicos, sistemas con entrelazamiento, etc. Lo sorprendente para mí es que, aun con todo este nivel de complejidad y una tal abismal cantidad de diferentes escalas de energía, algo como la termodinámica emerja. Pero surge de la física estadística, y es solo una propiedad emergente, con las consecuencias que esto implica.

[SIZE=14px] El universo evidentemente es una entidad macroscópica

No entiendo muy bien a qué te refieres con esto, pero creo que no voy a estar de acuerdo jaja. Quizá tengo un poco de bias porque me dedico a la cuántica, pero incluso ahí la hipótesis de termalización de los eigenstates es algo no trivial en cuanto a termodinámica. Y en cuanto a otras acepciones de mundo macroscópico, los efectos de la mecánica cuántica por ejemplo se observan desde fenómenos macroscópicos cuánticos como la superconductividad hasta la transparencia de las ventanas que tengo delante

y es el único sistema realmente aislado.

Personalmente no me dedico a esto, así que aquí soy un poco más cauta. Pero, hasta donde tengo entendido, esto es algo que no sabemos. No sabemos si es un sistema aislado, creemos que está out of equilibrium, que no conserva globalmente la energía, y tampoco podemos definir un Hamiltoniano global del universo. Así que la definición que usamos en termodinámica convencional no parece aplicable, o desde luego no tan trivialmente. Si alguien que sepa más de esto me lee y ve que he cometido un error, porfa que lo comente!



PS: Aún no sé qué quería preguntar Kevin inicialmente. Puedo haberme ido por las ramas por completo

[javisot20]

El universo evidentemente es una entidad macroscópica y es el único sistema realmente aislado.

Saludos

El universo también es un sistema cuántico, o entendemos que debería serlo. Puedes describir matematicamente el universo con poco o mucho grado de detalle.

[delmar7]

La termodinámica clásica y la estadística son ENFOQUES (la palabra esta bien empleada) distintos; pero relacionados de los procesos de la naturaleza. Y en efecto, el anhelo humano es que de lo microscópico (estadístico), se deduzca, se explique lo macroscópico; pero aún no se ha logrado satisfactoriamente y por eso existen campos de aplicación, no solo por la didáctica y utilidad; sino por que hay diferencias saltantes en ciertos puntos. Algo parecido ocurre entre la mecánica cuántica y la relatividad hay incompatibilidades y no se han superado. Por eso la primera se aplica por lo general a lo muy pequeño y la segunda a lo macro; incluso a velocidades pequeñas se usa la mecánica clásica; tienen su campo de aplicación cada ciencia y se seguirán enseñando, no es muy razonable usar relatividad para sistemas de transmisión con engranajes poleas etc., la clásica es sencilla y precisa.

[The Higgs Particle]

La termodinámica clásica y la estadística son ENFOQUES (la palabra esta bien empleada) distintos; pero relacionados de los procesos de la naturaleza. Y en efecto, el anhelo humano es que de lo microscópico (estadístico), se deduzca, se explique lo macroscópico; pero aún no se ha logrado satisfactoriamente y por eso existen campos de aplicación, no solo por la didáctica y utilidad; sino por que hay diferencias saltantes en ciertos puntos. Algo parecido ocurre entre la mecánica cuántica y la relatividad hay incompatibilidades y no se han superado. Por eso la primera se aplica por lo general a lo muy pequeño y la segunda a lo macro; incluso a velocidades pequeñas se usa la mecánica clásica; tienen su campo de aplicación cada ciencia y se seguirán enseñando, no es muy razonable usar relatividad para sistemas de transmisión con engranajes poleas etc., la clásica es sencilla y precisa.

La verdad es que no estoy nada de acuerdo con tu respuesta, salvo que el uso de relatividad en problemas de gravitación cotidiana es overkill. Pero bueno, ya he dado mi punto de vista.

[javisot20]

La verdad es que no estoy nada de acuerdo con tu respuesta, salvo que el uso de relatividad en problemas de gravitación cotidiana es overkill. Pero bueno, ya he dado mi punto de vista.

¿Puedo preguntarte en qué no estás deacuerdo por pura curiosidad?. Personalmente lo que dice delmar no me parece un mensaje incorrecto, Newton es válido además de simple (cálculos de servilleta que le podemos enseñar a un preadolescente) en su rango de aplicación, digamos, para la física del día a día. ¿Podríamos usar la relatividad para calcular cosas en ese mismo rango?. Sí, pero a ver quién le enseña cómo usar y entender la relatividad a un preadolescente..

Un desacuerdo con delmar, cierto que el universo debería poder ser descrito simultaneamente como un sistema clásico y cuántico, dos descripciones paralelas del mismo objeto, pero en cualquier caso gana la descripción cuántica al ser más fundamental.

[The Higgs Particle]

¿Puedo preguntarte en qué no estás deacuerdo por pura curiosidad?. Personalmente lo que dice delmar no me parece un mensaje incorrecto, Newton es válido además de simple (cálculos de servilleta que le podemos enseñar a un preadolescente) en su rango de aplicación, digamos, para la física del día a día. ¿Podríamos usar la relatividad para calcular cosas en ese mismo rango?. Sí, pero a ver quién le enseña cómo usar y entender la relatividad a un preadolescente..

Un desacuerdo con delmar, cierto que el universo debería poder ser descrito simultaneamente como un sistema clásico y cuántico, dos descripciones paralelas del mismo objeto, pero en cualquier caso gana la descripción cuántica al ser más fundamental.

No, con eso estoy de acuerdo. De hecho, estoy 100% de acuerdo con la generalización de esa idea de tratar a cierta escala la naturaleza con las leyes emergentes (imagínate si un cirujano se pone a resolver el lagrangiano del Standard Model para saber cómo aplicarte el bisturí jaja, o si en Condensada intentáramos describir de forma exacta los cientos de millones de grados de libertad con la ecuación de Schrödinger/Dirac). En lo que no estoy de acuerdo es en poner nuestra escala como "la escala del universo", y pensar que esto es la realidad fija. La física depende completamente de la escala de energía (o distancia, que es al final lo mismo), como bien nos enseña el Grupo de Renormalización (que es a lo que me dedico), y los diferentes niveles descriptivos (que, por cierto, es really mind-blowing que existan estos modelos efectivos), son emergentes, no "diferentes puntos de vista" estancos y diferentes, de forma que muchas veces encuentras la relación de unos con otros (como integrar out ciertos grados de libertad). Hasta la carga del electrón depende de la energía a la que la midas, y al final, lo que es realmente sorprendente que en la naturaleza haya masas finitas que ponen escalas, en lugar de nada.