Entropia

28-Agosto-2000

ENTROPÍA

“Todo proceso termodinámico que ocurra en un sistema aislado nunca reduce su entropía, sino que más bien la deja igual o la incrementa”, reza una versión de la segunda ley de la termodinámica. Formulada a mediados del siglo XIX, en base a observaciones empíricas, esta ley es hoy una de las piezas inamovibles de la física. No se ha encontrado violación a la misma. Incluso la idea de entropía ha sido exportada a la filosofía. Se la ve como una justificación de la existencia de Dios (quien inició el universo en un estado de baja entropía a partir del cual se está degenerando constantemente). Otros la rechazan por ser incompatible con el materialismo dialéctico y su premisa de perfectibilidad de la condición humana. Los más la usan frívolamente como sinónimo de caos y desorden, o de lo malo que sucede cuando no se pone mucho esfuerzo. Pero, en realidad: ¿qué es la entropía?

En termodinámica (disciplina de la física) este concepto tiene una definición complicada, en tanto las premisas más intuitivas en este campo son la energía, el trabajo y la temperatura, a partir de los cuales se la define. Fueron los físicos mismos quienes con el desarrollo de la mecánica estadística a inicios del siglo XX contribuyeron a desmitificar la idea de entropía al definirla con mayor simpleza. En este formalismo, la entropía es reducida a una mera consecuencia de la estadística de un enorme número de partículas (átomos, moléculas, electrones u otras partículas fundamentales), lo que requiere a priori de los modelos que describen cómo interactúan.

Así, la mecánica estadística conecta elegantemente el mundo microscópico – de unas cuantas partículas de escala atómica – con el macroscópico – de escalas que pueden ir desde unas decenas de nanómetros (un transistor en un chip) hasta distancias astronómicas (gas interestelar) – con la condición que el número de partículas sea lo suficientemente grande tal que las aproximaciones estadísticas sean razonables. La entropía, en este contexto, se ve definida como el número total de microestados posibles de un sistema (macroestado) con una energía total, volumen y número de partículas dado. Un microestado es una de las posibles formas en las que la energía total se puede distribuir entre todas las partículas que constituyen el sistema. Esta distribución no es arbitraria y está gobernada por las leyes de interacción de la física (mecánica cuántica).

A la luz de este enfoque, el aumento de la entropía puede reinterpretarse como un aumento en el desorden de partículas. Una consecuencia de ello es que el universo (el Sistema más grande posible) dejado a sí mismo, evoluciona como un todo desde un grado de orden máximo en su origen hacia uno de mayor desorden conforme pasa el tiempo. Esto no implica que localmente no puedan haber manifestaciones de orden (de hecho la biología en nuestro planeta es una de esas manifestaciones), pero éstas se darán a expensas del aumento de desorden en otras partes con un saldo global favorable siempre al desorden. De hecho algunas teorías cosmológicas predicen que si el universo nunca se llega a encontrar y colapsar ( por efecto de la gravedad venciendo a la actual expansión) se morirá cuando llegue a un estado de desorden máximo en el que ya no se podrán “ordenar” partículas para formar átomo, moléculas, vida, etc. Sin embargo, los físicos teóricos estiman que esto ocurriría en un lapso muy difícil de imaginar, uno que expresado en unidades de años se lee como: “10 a la 120” (un uno seguido de 120 ceros) años. Como referencia, la edad estimada del universo es de catorce mil millones de años (de orden de “10 a la 10” años).

La revista Physics Today (abril 2000) publica un estudio que define la entropía y su incremento usando un formalismo meramente conceptual, sin necesidad de partículas (mecánica estadística) ni muchos menos artilugios de calor (termodinámica). Con este trabajo se buscaría darle al concepto de entropía una categoría similar a la de la energía y su conservación. Así como ésta puede entenderse a partir de la propiedad de invariancia en la traslación del tiempo (usando el formalismo lagrangiano), la entropía podría entenderse a partir de una propiedad denominada accesibilidad adiabática, siendo mucho menos forzado (aunque menos intuitivo) que usar partículas o definir la temperatura a priori. Quizás esta nueva forma más sencilla de definir la entropía coadyuve a desmitificar aún más la ley de su aumento y pueda ésta última ser vista de una manera tan natural como cuando anticipamos que una copa de cristal se quebrará cuando se nos escurre de las manos sobre un piso duro.