Entropía en el universo

Qué es la máxima entropía

La segunda ley también predice el fin del universo: implica que el universo terminará en una «muerte por calor» en la que todo está a la misma temperatura. Este es el nivel máximo de desorden; si todo está a la misma temperatura, no se puede realizar ningún trabajo y toda la energía acabará siendo el movimiento aleatorio de átomos y moléculas.

Una medida del nivel de desorden de un sistema es la entropía, representada por S. Aunque es difícil medir la entropía total de un sistema, generalmente es bastante fácil medir los cambios en la entropía. Para un sistema termodinámico involucrado en una transferencia de calor de tamaño Q a una temperatura T , un cambio en la entropía puede ser medido por:

La segunda ley de la termodinámica puede enunciarse en términos de entropía. Si se produce un proceso reversible, no hay un cambio neto en la entropía. En un proceso irreversible, la entropía siempre aumenta, por lo que el cambio de entropía es positivo. La entropía total del universo aumenta continuamente.

Existe una fuerte conexión entre la probabilidad y la entropía. Esto se aplica tanto a los sistemas termodinámicos, como un gas en una caja, como al lanzamiento de monedas. Si tienes cuatro monedas, por ejemplo, la probabilidad de que las cuatro caigan cara arriba es relativamente pequeña. Es seis veces más probable que salgan dos caras y dos colas. El estado dos caras – dos colas es el más probable, muestra el mayor desorden y tiene la mayor entropía. Cuatro caras es menos probable, tiene el mayor orden y la menor entropía. Si se lanzaran más monedas, sería aún menos probable que salieran todas caras y más probable que se obtuviera casi el mismo número de caras que de colas.

La entropía explicada

Una de las leyes más inviolables del Universo es la segunda ley de la termodinámica: que en cualquier sistema físico, en el que no se intercambia nada con el entorno exterior, la entropía siempre aumenta. Esto es cierto no sólo en un sistema cerrado dentro de nuestro Universo, sino en todo el Universo. Si observamos el Universo actual y lo comparamos con el Universo de cualquier momento anterior, comprobaremos que la entropía siempre ha aumentado y sigue aumentando, sin excepciones, a lo largo de toda nuestra historia cósmica. Pero, ¿y si nos remontamos a los primeros tiempos: a los primeros momentos del Big Bang? Si la entropía siempre ha aumentado, ¿significa eso que la entropía del Big Bang era cero? Eso es lo que quiere saber Vratislav Houdek, preguntando:

«Según la segunda ley termodinámica la entropía total siempre crece. ¿Significa esto que en el momento del big bang la entropía era mínima (cero?), [lo que implica que] el universo estaba organizado al máximo?»

La respuesta, quizá sorprendente, es no. El Universo no sólo no estaba organizado al máximo, sino que tenía una entropía bastante grande incluso en las primeras etapas del caliente Big Bang. Es más, «organizado» no es una forma muy acertada de pensar en ello, aunque utilicemos «desorden» como una forma informal de describir la entropía. Desenmascaremos lo que significa todo esto.

La entropía total del universo es siempre creciente

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La muerte por calor del universo (también conocida como el Gran Enfriamiento o el Gran Congelamiento)[1] es una hipótesis sobre el destino final del universo, que sugiere que el universo evolucionará hasta un estado de ausencia de energía libre termodinámica y, por tanto, será incapaz de mantener procesos que aumenten la entropía. La muerte por calor no implica ninguna temperatura absoluta en particular; sólo requiere que las diferencias de temperatura u otros procesos ya no puedan aprovecharse para realizar trabajo. En el lenguaje de la física, es cuando el universo alcanza el equilibrio termodinámico.

Si la topología del universo es abierta o plana, o si la energía oscura es una constante cosmológica positiva (ambas cosas son consistentes con los datos actuales), el universo continuará expandiéndose para siempre, y se espera que se produzca una muerte por calor,[2] con el universo enfriándose para acercarse al equilibrio a una temperatura muy baja después de un período de tiempo muy largo.

Entropía inversa

Una de las leyes más inviolables del Universo es la segunda ley de la termodinámica: que en cualquier sistema físico, en el que no se intercambia nada con el entorno exterior, la entropía siempre aumenta. Esto es cierto no sólo en un sistema cerrado dentro de nuestro Universo, sino en todo el Universo. Si observamos el Universo actual y lo comparamos con el Universo de cualquier momento anterior, veremos que la entropía siempre ha aumentado y sigue aumentando, sin excepciones, a lo largo de toda nuestra historia cósmica. Pero, ¿y si nos remontamos a los primeros tiempos: a los primeros momentos del Big Bang? Si la entropía siempre ha aumentado, ¿significa eso que la entropía del Big Bang era cero? Eso es lo que quiere saber Vratislav Houdek, preguntando:

«Según la segunda ley termodinámica la entropía total siempre crece. ¿Significa esto que en el momento del big bang la entropía era mínima (cero?), [lo que implica que] el universo estaba organizado al máximo?»

La respuesta, quizá sorprendente, es no. El Universo no sólo no estaba organizado al máximo, sino que tenía una entropía bastante grande incluso en las primeras etapas del caliente Big Bang. Es más, «organizado» no es una forma muy acertada de pensar en ello, aunque utilicemos «desorden» como una forma informal de describir la entropía. Desenmascaremos lo que significa todo esto.