Hace mucho tiempo, en una galaxia muy, muy lejana…
Darth Vader intenta construir una máquina
para viajar al pasado y evitar la destrucción
de la Estrella de la Muerte.
Los habitantes de la República Galáctica
conservan la calma. Están seguros de que
la flecha del tiempo es imparable
y el caos, inminente.
Si entraste a este artículo esperando que yo responda qué sucede después de la muerte, mejor te ahorro el tiempo y te digo desde ya que no es lo que vas a encontrar acá. La ciencia busca respuestas desde un punto de vista un poco menos antropocentrista.
Poco podemos decir acerca de qué pasa luego de que una persona muere, pero sí tenemos respuestas sobre cuál es el futuro de todo el universo y tenemos total confianza en nuestra teoría fundamentada.
TermoJuli en acción
Mi pasión por la termodinámica ha llevado a que mis amigos me llamen “TermoJuli”. Para hacerle honor a mi apodo decidí no dejar dejar pasar mi primer post de termodinámica sin contarles un poco de qué se trata esta rama de la ciencia.
La termodinámica se encarga de estudiar el comportamiento de los sistemas a nivel macroscópico. Es decir, por un momento nos olvidamos que todo está compuesto por átomos diminutos y nos encargamos de medir magnitudes de aquello que podemos observar a simple vista. Por ejemplo, no podemos tomar la temperatura de un átomo pero si podemos medir la temperatura de agua contenida en un vaso.
La termodinámica está regida por 3 leyes. Corriendo el riesgo de recibir críticas de algún colega fanático, voy a dejar de lado las definiciones pomposas y enunciarlas de manera sencilla a fines divulgativos (“en criollo” diríamos en Argentina).
La ley cero establece que si dos cuerpos que están en contacto tienen diferente temperatura, el calor fluirá entre ellos y uno perderá calor mientras que el otro lo ganará para equiparar la temperatura.
Estoy segura de que por más que nunca hayas estudiado termodinámica, has escuchado el enunciado de la primera ley. Ésta establece que toda la energía de un sistema aislado se conserva, es decir, se puede transformar un tipo de energía en otro pero no se puede ganar ni perder energía. Como el único sistema totalmente aislado que conocemos es el mismísimo universo, se suele decir que esta ley dice que la energía del universo no se crea ni se destruye, solo se transforma.
La casa no está en orden
Si venías leyendo atentamente, habrás notado que no mencioné una de las tres leyes. La segunda ley es, precisamente, la que nos será útil en este artículo y por eso mismo decidí explicarla más detalladamente en una sección aparte. Esta ley dice que cualquier proceso natural evoluciona con un aumento de entropía. Pero… ¿qué es la entropía?
Así como un sistema tiene su masa, volumen, densidad, etc también tiene entropía. Ésta es una magnitud termodinámica que, en un primer acercamiento al concepto, podemos decir que representa el grado de desorden de un sistema: a mayor entropía el sistema está más desordenado y a menor entropía, más ordenado.
Bajo esta concepción, aumentar la entropía de un sistema sería desordenarlo y la segunda ley nos estaría diciendo que todos los sistemas naturales tienden a desordenarse.
Para entenderlo mejor, veamos un ejemplo. De los tres estados de la materia más conocidos, sabemos que el estado sólido se caracteriza por contener moléculas ordenadas que prácticamente no se desplazan, sino que vibran en su lugar. Luego sigue el líquido, donde las moléculas comienzan a desplazarse. Finalmente, el gas es el estado donde las moléculas se encuentras más desordenadas (Figura 1). Supongamos que partimos de un cubo de hielo y aumentamos su temperatura a un valor tal que todo el hielo pueda convertirse en agua líquida. En este proceso las moléculas de agua se desordenan, es decir, la entropía del sistema aumenta.
Llegado este punto debo confesar que el concepto de entropía que presenté en esta sección no es el verdadero, sino una simplificación que se suele usar con fines divulgativos. Como no subestimo a mis lectores, decidí dedicar la siguiente sección a adentrarlos en qué es la entropía realmente. Si deseas puedes abandonar la lectura acá, pero lo desaconsejo fuertemente hacerlo ya que te perderías de conocer el concepto, a mi criterio, más lindo que tiene la ciencia.
Todas las hojas son del viento
Una manera de analizar la entropía es desde un punto de vista probabilístico ya que ésta magnitud está íntimamente relacionada a la probabilidad de que un evento suceda. Si un evento tiene alta probabilidad de suceder entonces tendrá alta entropía, y viceversa.
Veamos esto con un ejemplo. Si imaginamos un paisaje otoñal, automáticamente pensamos en hojas cayendo de los árboles y poblando las calles. Esto es muy lindo para la foto, pero deja de ser agradable cuando nos toca juntar todas esas hojas desparramadas. Sería ideal que los árboles y el viento se pusieran de acuerdo para que las hojas caigan perfectamente apiladas y nos ahorren el trabajo. ¿Me creerías si te digo que eso no es imposible? La concepción probabilística de la entropía dice que existe la posibilidad de que las hojas caigan apiladas, solo que la probabilidad de que eso suceda es tan baja que nunca hemos visto tal evento. Por el contrario, que las hojas se dispersen al caer si presenta una alta probabilidad y por eso mismo es un evento que hemos visto más de una vez.
Ahora bien, ¿por qué el evento hojas dispersas tendría más probabilidad de suceder que el evento hojas apiladas? Para responder esto supongamos que tenemos 2 hojas, una rosada y otra verde, que pueden caer en 3 lugares distintos. Como las hojas son de distinto color decimos que son distinguibles entre sí. Esto implica que no es lo mismo poner una hoja o la otra en una determinada casilla.
En el escenario “hojas apiladas” consideramos que no importa el orden en que caen las hojas, lo único que importa es que caigan una encima de la otra. En tal caso, tendríamos las 3 posibilidades que se presentan en la Figura 2.
Por otro lado, en el escenario “hojas dispersas” observamos que se pueden acomodar de 6 maneras distintas (Figura 3). Esta brecha de cantidad de posibilidades para ambos escenarios se sigue agrandando a medida que agregamos hojas y lugares.
Al presentar más posibilidades de cómo distribuir las hojas, el estado “hojas dispersas” siempre tendrá una mayor probabilidad de suceder, y por lo tanto una mayor entropía, que el estado “hojas apiladas”.
La flecha del tiempo
Ya cerrando con el artículo, quiero volver a la pregunta que nos ataña: ¿hacia dónde vamos? ¿qué tiene que ver la entropía con esto?
Como mencioné, al añadir nuevas casillas las hojas encuentran más y más formas distintas de acomodarse, lo que aumenta la probabilidad de que el “desorden” ocurra, y ese aumento se traduce en un aumento de entropía. Esto mismo pasa a una escala mucho más grande: que el universo esté en constante expansión (Figura 4) desde que nació se debe a que la entropía de él, tal como dijimos al principio, solo puede aumentar.
El aumento de entropía en un sistema aislado como el universo parece ser imparable e irreversible. El universo no solo está en constante expansión, sino que una vez que se agranda resulta muy poco probable (casi imposible) “rebobinar” y volverlo a achicar como si quisieramos volver el tiempo atrás. Es por esto que los científicos asociamos la entropía con el tiempo, la única variable independiente que no podemos controlar. En el momento del Big Bang nació la flecha del tiempo, y desde ese entonces no hemos sido capaces de achicarla, ni agrandarla, ni cambiar su dirección o su sentido. Todo esto gracias a que el universo tiene un único destino seguro: migrar a estados cada vez más entrópicos.
Lecturas recomendadas
Si te gustaría leer otros artículos de esta serie, te dejo el link para que accedas a ellos.
Referencias
- Kovac, Jeffrey D. “Physical chemistry: A molecular approach” (McQuarrie, Donald A.; Simon, John D.).” (1998): 545.
- Hill, T. L. (1986). An introduction to statistical thermodynamics. Courier Corporation.
Julieta Trapé
Graduada en Ciencias Básicas con orientación en Química. UNCuyo, Mendoza, Argentina.
Data Architect en Globant, Argentina.
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