Esta semana ,fui gratamente sorprendido cuando estábamos terminando el primer tema de termodinámica, en los últimos minutos de la clase nuestro profesor nos explicó el segundo principio de la termodinámica aplicado a sistemas en cuyo interior se producen procesos irreversibles, vamos los que ocurren en la realidad, ya que los procesos reversibles son una idealización de lo que en realidad ocurre pero a partir de estos podemos obtener el valor de la variables en un proceso irreversible para simplificar los cálculos basándonos en las ecuaciones de estado de la termodinámica, pues como su nombre indica son funciones de estado que no dependen del camino seguido sino solo del estado inicial y final.Volviendo al tema que nos ocupa (sobre la 2 ley) tras realizar las pertinentes operaciones y desarrollando el proceso en etapas reversibles se llega a que la entropía de un proceso irreversible en un sistema cerrado y adiabático aumenta con el tiempo, ahora bien un sistema cerrado i adiabático es un sistema aislado y en un sistema aislado el propio sistema forma el entorno i a su vez el sistema se puede considerar como el universo.
Según este desarrollo podemos llegar a la conclusión de que para cualquier proceso termodinámico que tenga lugar de un modo irreversible su entropía aumenta con el tiempo, pero además hemos de completar este principio añadiendo que la entropía de un proceso reversible es igual a 0.De este modo tenemos que para cualquier proceso la entropía del universo aumenta con el tiempo hasta tornarse constante momento en el que se alcanza el estado de equilibrio;en este equilibrio la entropía es máxima y además los procesos que ocurren a nivel macroscópico se paran ya que cualquier proceso que tenga lugar llevaría a un aumento de la entropía ya que nos encontraríamos en un estado en el que para que tenga lugar un proceso habría de ser reversible(pues la entropía del universo no puede aumentar ni disminuir) y como ya hemos comentado en la realidad ,por diversos factores ,este tipo de procesos no se dan.
- ¿A que se debe que en el equilibrio la entropía se maximice? La respuesta esta en la probabilidad de la distribución de las moléculas, ya que un sistema en equilibrio termodinámico es aquel que se encuentra en el estado mas probable ,aunque tampoco me voy a meter mucho en este tema ya q habría que recurrir a la mecánica estadística para justificar estos resultados de todos modos creerme cuando os digo que es así ,pues después de acabar las clases y con la idea en la cabeza me fui a la biblioteca a recopilar información y ver porque se llego a estas conclusiones que a mi modo de ver restringen muchos modelos del universo.Sin embargo lo que arriba os contaba de que la entropía no puede disminuir en un proceso irreversible no es del todo cierto ya que aunque poco probable y mas en nuestra escala temporal, un sistema macroscópico(pues es fundamentalmente donde se dan esta irregularidades)tiene una posibilidad no nula de ir a un estado de menor probabilidad.Puede verse un ejemplo en el movimiento browniano.
No debe por ello desconcertarnos que la segunda ley no sea una ley absoluta, sino una ley cuya violación en la escala macroscópica es en general altamente improbable; como ocurre con muchas leyes estadísticas.
Ahora bien, lo realmente interesante se da cuando tomamos nuestro propio universo como el sistema termodinámico objeto de estudio y aplicamos sobre este el segundo principio de la termodinámica, nos encontramos ante un sistema cerrado y adiabático, caso del que partimos para completar el segundo principio, su entropía aumenta con el tiempo hasta que la temperatura de este se iguala momento en el que la entropía alcanzaría su máximo y se mantendría constante como consecuencia de la degradación de la energía(este fenómeno se deduce de los primeros enunciados de Kelvin-Planck y Clausius, de esta segunda ley que luego fueron completados con la definición de entropía),llegados a este punto y por la imposibilidad de un proceso reversible seria el fin de nuestros días pues dejaría de llevarse acabo todo proceso, pues no habría energía disponible para realizar un trabajo.
Sin embargo esta teoría ha sido desechada por muchos científicos pues un universo en expansión nunca alcanzaría un equilibrio termodinámico y por lo tanto una temperatura constante, pero a esto hay que añadir que la entropía de un sistema cuyo volumen esta en crecimiento continuo también implica un crecimiento en su entropía pues una expansión lleva acabo un aumento de la entropía, lo que haría que nuestro sistema(en este caso nuestro universo completo que no debemos confundir con el universo termodinámico) se aproxime cada vez mas a su entropía máxima así que quizás nuestro destino sea la extinción o no ,quien sabe(de un modo u otro yo si que pienso que ese sera nuestro destino algo a lo que Von Neumannn acuño como “destrucción mutua asegurada”, algo muy posible dada nuestra naturaleza destructiva y ansiosa de poder) .Por otra parte el modelo de expansión de cosmológica generado por la explosión del "big-bamg" en el que el universo deje de expandirse y la fuerza de la gravitación haga que se comprima sobre si mismo tampoco es posible ya que una compresión de nuestro sistema termodinámico tendría como resultado un descenso de la entropía y como ya hemos dicho esto no sería posible, lo que me lleva a pensar que el destino de nuestro universo sea un universo estático aunque esta conclusión desconcertaría a muchos de nuestro grandes pensadores e incluso quizás a muchas de sus grandes teorías que solo se verían validas en un marco temporal. Para finalizar añadir que el segundo principio de la termodinámica puede usarse en la realidad como una escala temporal, pues si la entropía aumenta con el tiempo, un suceso con menor entropía se habrá dado antes que un suceso con mayor entropíaAunque tampoco quiero mojarme el culo con muchas de estas afirmaciones pues mi nivel de conocimiento no esta a la altura para realizar semejantes conclusiones ,solo dejároslos aquí como resultado de mis interpretaciones sobre el segundo principio y mi pequeño trabajo de investigación, que me decidí a realizar al ver como en clase ya se me pasaron algunas de estas ideas que aquí he intentado formalizar, pues no tenemos ninguna garantía de que las leyes que se cumplen en la Tierra deban también cumplirse a escala cósmica y deba formularse una termodinámica de los cósmico, aunque de momento no se ha observado ninguna violación de esta segunda ley a escala cósmica, incluso en los agujeros negros que gracias a los trabajos de Bekenstein en la que estos no violan este principio.
Quizás os resulte útil esta página para comprender algunos conceptos y si queréis saber alguna cosa mas podéis echarle una ojeada al libro Química-física de Ira N. Levine del que saques muchos aspectos que comenté.
