martes, 11 de junio de 2013

Entropía



¿Qué es la entropía? 
De acuerdo con lo que indicábamos más arriba, ella no es un concepto o una idea simbólica, sino una cantidad física mensurable tal como el largo de una cuerda, la temperatura de cualquier punto del cuerpo, el valor de la presión de un determinado cristal o el calor específico de una sustancia dada. En el punto de la temperatura conocida como cero absoluto (aproximadamente -273°C) la entropía de cualquiera sustancia es cero. Cuando llevamos esa sustancia a cualquier otro estado mediante pasos lentos y reversibles (aunque la sustancia cambie a una naturaleza física o química diferente) la entropía aumenta en una cantidad que se calcula dividiendo cada pequeña porción de calor que debemos agregar en ese proceso, por la temperatura absoluta en la cual lo agregamos y sumando todas estas pequeñas contribuciones.



Por ejemplo, cuando se funde un sólido, su entropía aumenta en la cantidad de calor de la fusión dividida por la temperatura en el punto de fusión. Por lo tanto, la unidad en que se mide la entropía es calorías/C° (tempertura).

Recordemos que, de acuerdo con la segunda ley de la termodinámica, la entropía de un sistema aislado es siempre creciente. Así, podemos afirmar que la entropía del universo es siempre creciente. En efecto, si se considera al universo como un sistema aislado (o cerrado), inevitablemente, de acuerdo con la termodinámica, irá pasando de estados más organizados hacia estados menos organizados, hasta llegar a un caos final. Evidentemente, esta conclusión no encierra grandes esperanzas en cuanto a la supervivencia del hombre, de la tierra y del universo. Sin embargo, Brillouin señala que, en su opinión, estas afirmaciones es tán mucho más allá de los límites del conocimiento humano : Se pregunta ¿El universo se encuentra limitado o es infinito? ¿Cuáles son las propiedades de sus limitaciones? ¿ Existe un escape o una entrada de entropía y energía? Ninguna de estas preguntas puede ser contestada.
Sabemos que el universo se está expandiendo, aunque entendamos muy poco de cómo y por qué. Expansión significa el movimiento de fronteras y esto significa que ni la energía ni la entropía pueden permanecer constantes en su interior. De ahí que es mejor no hablar de "entropía del universo". Las leyes físicas sólo pueden ser aplicadas dentro de ciertos límites y para ciertos órdenes de magnitud. Todo el universo es demasiado grande para la termodinámica y ciertamente excede considerablemente las órdenes de magnitud razonables para los cuales sus principios pueden ser aplicados. Lo único que podemos discutir razonablemente, señala Brillouin, es la conducta de la entropía en un sistema cerrado. En vez del misterioso universo, mejor hablemos de nuestro planeta Tierra.

La Tierra no es un sistema cerrado. En efecto, para que así lo fuera, de acuerdo con nuestra definición en un capítulo anterior, la Tierra debería ser un sistema aislado, que no intercambiara energía con su medio. De hecho esto no es así. La Tierra se encuentra constantemente recibiendo energía desde el exterior (energía radiante desde el sol, energía gravitacional desde el sol y de la luna provocando las mareas, radiaciones cósmicas de orígenes desconocidos, etc. ). También existe una salida de energía, ya que la Tierra también irradia energía. ¿Cuál es el resultado neto ? ¿Positivo o negativo? Esta es una pregunta que, de acuerdo al conocimiento actual, parece imposible que sea contestada. 




Hasta aquí, podemos extraer una conclusión. La entropía ejerce su acción en los sistemas aislados, es decir, aquellos que no "comercian" con su medio. Luego podemos afirmar concretamente que estos sistemas se encuentran condenados al caos y a la destrucción. Los objetos físicos tienden a ser sistemas cerrados, y éstos, evidentemente, tienen una vida limitada. El paso del tiempo en la arquitectura de épocas antiguas lo señala. Las pirámides de Egipto, mejor aún, la Esfinge, muestran los efectos de la entropía. Sin duda alguna, el estado más probable de los elementos que conforman la Esfinge no es la organización especial que esos elementos asumen en la construcción del monumento. El estado más probable de la arcilla y de la roca es la distribución estocástica en la naturaleza de la primera y la desintegración en partículas y arena en el caso de la segunda.
Basta observar el caso de una fotografía del estado actual de la Esfinge y compararla con las ilustraciones que la representan en su estado inicíal para comprender los efectos de la entropía.

Como señalaba cierto autor, para observar la entropía basta observar el estado en que uno encuentra su casa, después que la ha dejado ordenada y limpia dos meses atrás, antes de realizar un viaje. Aunque el hombre no ha intervenido, ya no se encuentra tan ordenada y limpia.

Todo esto es válido para los sistemas cerrados, ¿pero qué pasa con los sistemas abiertos o los sistemas vivos?

Cuando un sistema no vivo es aislado y colocado en un medio uniforme, todo movimiento muy pronto llega hasta un punto muerto, como resultado de la fricción. Las diferencias de potenciales químicos se equilibran, la temperatura se hace uniforme. Después de esto, todo el sistema cae en agonía y muere, transformándose en una materia inerte. Se alcanza un estado permanente en que no ocurre ningún suceso observable; los físicos llaman a esto: estado de equilibrio termodinámico o de máxima entropía.

¿Cómo logra un organismo viviente evitar ese decaimiento que observábamos en los sistemas cerrados? La respuesta evidente es: comiendo, bebiendo, respirando y (en el caso de las plantas) asimilando. El término preciso de metabolismo. La palabra griega significa cambio o intercambio. ¿Cambio de qué? Originalmente la idea es, sin duda, el cambio de materias.




Schrodinger, señala que este cambio de materias no es lo principal.
Señala que cualquier átomo de nitrógeno, oxígeno, azufre, etc. es tan bueno como otro de su clase ; ¿qué se podría ganar al cambiarlo? En el pasado nuestra curiosidad fue silenciada al decirnos que nos alimentábamos de energía. Tomando literalmente esto es otro absurdo, dice Schrodinger. En un organismo adulto, el contenido de energía es estacionario.



Espero haber ayudado en algo. Hasta la próxima oportunidad!  

 


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