Entropía insaciable

¿Por qué crees que comemos? La respuesta estándar y, al mismo tiempo, completamente inexacta, e incluso, más bien, incorrecta: obtenemos energía. ¿Cuál es el correcto? Te lo diré. Pero empecemos con la entropía.





entropía El concepto es muy complejo y multifacético. Es una especie de ardilla que impregna todo a nuestro alrededor y a nosotros mismos. Y si tratas de definir lo que es, es una medida de desorden, una medida de caos. Y la entropía nace de un hecho doméstico completamente aparentemente inofensivo: nada frío no puede calentar más. Por el contrario, algo caliente calentará el frío hasta que haya equilibrio térmico entre los dos objetos. Un huevo caliente recién hervido es conocido por enfriar bastante rápido si se coloca en agua fría, pero se calentará este agua. Ambos se calentarán. El huevo se puede comer cómodamente, y el agua se puede verter si no lo encuentra algún otro uso: pero tarde o temprano todavía se enfriará, igual a la temperatura del aire en su cocina. Todo lo descrito anteriormente en la física se llama la segunda ley de la termodinámica. Este segundo principio no sigue nada. No es el resultado de ninguna gran teoría, ni sigue de teoremas sofisticados. Es sólo un hecho observable. Nosotros postulamos que esto es así porque nadie en nuestro mundo ha visto el frío más caliente.





Y la entropía es consecuencia de ese hecho. La entropía máxima (chaos) en el sistema (egg, agua fría y aire en la cocina) se producirá cuando el sistema está en equilibrio termodinámico, es decir, la temperatura del huevo, el agua y el aire circundante es igual. A menos que comas el huevo caliente, por supuesto. Parecería que cuando todo está equilibrado, entonces viene el orden completo. Ahn no. Es lo contrario. Y esto se debe al microestado interno del sistema, su nivel molecular.

Imagínate todas esas moléculas minuciosas que componen el aire en tu cocina. Son completamente aleatorios, caóticamente corriendo alrededor de todo su volumen, colisionando y cambiando constantemente dirección. Y cuanto más alta es la temperatura (el calor de verano vale, y nunca pones el aire acondicionado), más rápido y, por lo tanto, más caótico estas moléculas se precipitan alrededor de ti. De ahí la primera conclusión: cuanto mayor es la temperatura del sistema, mayor es la medida de su caos, es decir, la entropía. Pero mira el mismo aire en tu cocina desde el otro lado. Extraño como puede parecer, es debido a la aleatoriedad y aleatoriedad de movimientos de moléculas de aire que no se concentran en una esquina, sino que se distribuyen uniformemente a través de su volumen. Si el aire se hubiera comportado de manera diferente, tendríamos que correr después de él, tratando antes de cada respiración para determinar en qué esquina está esta vez pegado. Pero, gracias a Dios, las moléculas de aire normalmente se comportan de la manera más predecible, más probable: como cualquier gas, el aire ocupará todo el volumen que se le ofrecerá. La cocina es como la cocina, toda la cuenca del aire de la Tierra es como toda la cuenca del aire (no sale al espacio debido a la gravedad).





No es un aire de alta profundidad en tu cocina. Esto es bajo aire entropía, "secado" en un frasco. Podrías preguntarte por qué es tan caro...

Y viceversa. Si queremos conducir aire a cualquier rincón de nuestra cocina, necesitamos mucha ingenuidad, energía y energía para hacerlo. Obviamente, necesitaremos una partición sellada, una bomba suficientemente potente, algún tipo de central eléctrica para alimentar esta bomba, etc. En otras palabras, para que el aire se comporte de manera organizada, necesitamos hacer mucho trabajo. Esa es la única manera de que vaya a hacer que interrumpa su comportamiento más probable y se reúna en la esquina que nos gusta. Y al hacerlo, reducimos la medida de su trastorno: la entropía del sistema disminuye. De ahí que cuanto menos probable sea el microestado del sistema, menor será la entropía de este sistema, es decir, la medida de su trastorno. Y viceversa. Y como el equilibrio termodinámico es el estado más probable de cualquier sistema cerrado, es el estado más altamente entropico.

Para algunos, esta historia puede parecer abstracta, no demasiado significativa: ¿qué nos importan los microstates de algunos sistemas allí, incluso si se refiere al huevo que vamos a comer para el desayuno. Es poco probable que el hecho de que el óvulo entre en equilibrio termodinámico con agua fría, con el cual lo derramamos específicamente para enfriarlo un poco, estropeará nuestro apetito. Y el aire, gracias a Dios, se comporta de la manera más apropiada, más probable y esperada. Pero lamentablemente, estas no son conversaciones distraídas. Entropía es que todo en este mundo y este mundo mismo conduce a la muerte.





Hay una ley de entropía que no disminuye. De hecho, podemos decir con seguridad que esta es la ley del aumento constante de la entropía. La no disminución se refiere a sistemas que han alcanzado su equilibrio termodinámico, es decir, su máxima entropía. En todos los demás casos, se trata únicamente de aumentar la entropía. ¿Qué pasará con nuestros huevos, agua y aire en la cocina (me temo que ya has tenido suficiente de ellos, pero pronto los dejaremos solos) cuando lleguen a su equilibrio de temperatura? Si consideramos que son un sistema cerrado, es decir, si los aíslamos del mundo exterior, entonces este sistema eventualmente llegará a un descanso completo, cesará cualquier proceso. Será la paz de la muerte, la paz eterna. La excepción, sin embargo, será varios efectos cuánticos asociados con el principio de incertidumbre, pero aquí los dejaremos fuera de los corchetes para no confundirse. Es debido a la entropía que es imposible crear una máquina de movimiento perpetua, porque la evolución de cualquier sistema cerrado debe terminar en completo descanso.





La nuestra. universo Probablemente sea un sistema cerrado. Al menos, eso es lo que la mayoría de los científicos piensan: no hay evidencia científica de que nada vino de fuera. Cada sistema cerrado tiende al equilibrio termodinámico. El hecho de que la entropía de nuestro universo está creciendo constantemente es un hecho innegable. Cuando los físicos estimaron la entropía de la radiación de fondo que quedaba del Big Bang, que permea todo el universo, fueron, en sus propias palabras, aturdidos. La nueva mente del Rey. Y hasta hace relativamente poco, el escenario más probable para la muerte del universo era la llamada muerte térmica, es decir, el universo tenía, como parecía entonces, completar su viaje, alcanzando el equilibrio termodinámico a una temperatura cercana a cero absoluto. Simplemente ponte, congela.

Pero cuando se estimó la entropía de los agujeros negros, se hizo evidente que, y por lo tanto la entropía del universo entero, son muchas órdenes de magnitud más grandes de lo que uno podría imaginar. El punto de equilibrio de nuestro universo como sistema debe ser el equilibrio de un agujero negro supermasivo. No hay un escenario optimista basado científicamente para la evolución de nuestro mundo: su desaparición es inevitable.





El mundo que vemos a nuestro alrededor está condenado porque se basa en el principio de un esfuerzo constante por la autodestrucción: un máximo de desorden y un mínimo energético. Cada campo trata de derramar exceso de energía formando un cuántico; cada electron excitado en cualquier oportunidad da un foton extra para descender a un nivel de energía inferior; cada piedra en la primera oportunidad está listo para rodar por la montaña para deshacerse del exceso de energía potencial.

Desde el punto de vista del conocimiento científico moderno, el nacimiento mismo del Universo, la formación de estrellas y planetas (en general, la materia), el nacimiento de la vida, la formación de conciencia se ve completamente antinatural para nuestro mundo. Todos estos fenómenos son claramente lo opuesto a la evolución general del mundo. Por supuesto, localmente, en los rincones individuales del universo, la negentropía puede prevalecer (este término denota entropía negativa, es decir, una medida del proceso opuesto - reducción del desorden; un poco más tarde veremos que la negentropía es casi siempre idéntica con tal concepto como información). Pero el precio de esto es el crecimiento de la entropía alrededor de tales rincones excepcionales.

¿Por qué estamos comiendo? Para conseguir la energía necesaria por una persona, un sol de verano o una estufa burguesa en el frío es suficiente. Y para muchos de nosotros, tampoco necesitamos eso: la masa es proporcional a la energía. ¿Te has estado pesando? Cada persona da al espacio circundante la misma cantidad de energía térmica que recibe desde el exterior. Y si recibió más de lo que dio, aumentaría su tamaño (que es lo que le pasa a muchos de nosotros). Pero recuerde cuánta energía (!) nuestro cuerpo gasta para deshacerse del exceso de calor (alto entropía) energía en el calor: aumento de las glándulas sudor, vasos dilatados, respiración rápida y latido cardíaco...

De hecho, con comida, primero tenemos negentropía. El hombre es una criatura muy organizada, es decir, lo siento por la expresión, una criatura de baja entropía. Para mantener este estado, necesita una fuente de esta entropía más baja. Tal fuente para nosotros son plantas que han aprendido fotosíntesis y son capaces de crear sustancias orgánicas (complejos e improbables, y por lo tanto baja entropía) bajo la influencia de la luz solar. El espectro visible de la luz es una forma de radiación entropía relativamente baja. Es utilizado por las plantas (y algunos microorganismos) para separar el dióxido de carbono atmosférico en oxígeno y carbono y luego formar su compleja estructura orgánica. Al mismo tiempo, irradian calor en el espacio circundante, también es alta entropía, radiación infrarroja.





Comemos plantas directamente, así como indirectamente, al comer carne, pescado y otros productos animales (es claro que los que comemos han comido hasta hace poco plantas o aquellos que comieron plantas). Y así obtenemos complejos compuestos orgánicos, de los cuales nos construimos, incluyendo nuestro complejo sistema energético (bajo-entropía). Y en el exterior, de nuevo, liberamos el calor y el dióxido de carbono entropía relativamente alto al respirar. Si los animales, incluidos los humanos, fueran capaces de fotosíntesis ellos mismos, entonces la comida a una temperatura ambiente cómoda probablemente no sería necesaria en absoluto. Excepto fertilizantes minerales. Qué agua, por supuesto. No sé de ti, por alguna razón no estoy muy satisfecho con tal posibilidad hipotética: o me gusta comer demasiado, o soy arrogante con las plantas y no quiero parecerme a ellas. Ambos probablemente no son muy buenos. Pero una cosa es clara: la división del trabajo es conveniente no sólo en la sociedad humana, sino también en la naturaleza viva en su conjunto.





Así que almorzamos...

Debido a esta heterogeneidad local en nuestra esquina del universo, que es el Sol radiante, en nuestro cielo tenemos una fuente libre de baja entropía, radiación ordenada. Es posible que la vida exista en nuestro planeta. Pero, recibiendo la luz solar, nosotros, la Tierra y todos sus habitantes juntos, como una "gratitud" redirigido al espacio frío, principalmente alta entropía, radiación térmica caótica. Así que la entropía de todo el sistema, nuestro universo, está creciendo. No es espacio. Tengo miedo de tropezar con la increíble cantidad de entropía que los humanos, criaturas que se creían inteligentes, producen alrededor de sí mismos: en su propio ambiente. El precio de los productos de todas nuestras tecnologías altas (y no demasiado altas), y estos productos son también una forma muy organizada de materia, es la misma contaminación que ya se ha convertido en una amenaza directa a la existencia de la humanidad misma.

La entropía no sólo ha conquistado la materia y la energía. Ha dominado el tiempo. Todas las ecuaciones fundamentales de la física que describen nuestro mundo son simétricas en el tiempo. El futuro y el pasado, desde el punto de vista de la física, son absolutamente iguales. Y en la mecánica clásica, y en cuántica, y en las ecuaciones de olas de Maxwell, y en la teoría de la relatividad, en todas partes (hay una excepción, que se aplica a la física nuclear, la llamada interacción débil, pero lo que sigue de esta excepción, los científicos nucleares mismos no entienden todavía). El lado izquierdo de la ecuación es igual al lado derecho. En otras palabras, el tiempo no tendría que tener ninguna dirección: del pasado al futuro, del futuro al pasado – no importa. ¡Si no fuera por entropía!





Un ejemplo clásico que los físicos usan para mostrar a los no iniciados cómo el tiempo tiene una dirección o, como se llama, la flecha del tiempo. Una taza de té en la mesa. Ahí está. Ella es accidentalmente abofeteada, ella cae alrededor del duro, el té se extiende por el suelo. La imagen es vista por todos nosotros y más de una vez. Pero nadie ha visto nunca lo contrario, aparte de rebobinar el video o la película de vuelta: para los fragmentos para volver a montar en una taza entera, el té subió a ella, y la taza saltó fácilmente sobre la mesa. Pero desde una perspectiva física, la energía que una taza obtiene cuando cae y golpea un piso será exactamente la misma que la energía necesaria para juntar todas las piezas y el té y saltar de nuevo sobre la mesa. La ley de conservación de la energía funciona por completo aquí. ¿Qué te impide hacer eso? Otra ley derivada de la segunda ley de la termodinámica es la ley de la entropía que no disminuye.

El hecho es que la energía recibida por la taza durante el otoño, principalmente transferida al calor. Los átomos de espinillas y té después de golpear el suelo (que también calentaba ligeramente) comenzaron a moverse un poco más rápido, más caótico. Así que la entropía del sistema ha aumentado. Y traerlos de vuelta a su estado anterior, más organizado, requeriría una inversión increíblemente precisa de estos átomos, que probablemente es imposible. Sin mencionar que parte del calor resultante se disipará inmediatamente en el espacio circundante. Por supuesto, si recuerdas las leyes de la mecánica cuántica, todavía puedes esperar que de todos los miles de millones, miles de millones, miles de millones de tazas, vasos, vasos, vasos, platos, tazones, tazones, etc. que han caído de tablas en la historia de la humanidad, al menos uno (o uno) se reunió y todavía saltó a su lugar original. Pero honestamente, ¿crees a los testigos de este incidente? En el mejor de los casos, deciden que estos testigos habían pre-bebido demasiado del contenido de sus tazas, vasos, vasos y gafas, y que no eran té en absoluto. Las leyes de la física no prohíben tales eventos. Pero son muy raros, y por lo tanto los referimos al mejor de los milagros, y en el peor de las alucinaciones.





No vemos huevos fritos recogiendo huevos frescos, cenizas de chimenea volviendo a ser troncos, pedazos de azúcar saltando de café caliente justo en la mano de quien los puso allí. El tiempo sólo fluye en una dirección para nosotros. Y la entropía lo dirige, y es la única. Y esta dirección, como encontramos arriba, es bastante sombría: a la destrucción y a la muerte. Por lo general, a medida que crecemos un poco, empezamos a notar esto en nosotros mismos y mirar alrededor. Pero en vano decimos que el tiempo es inexorable. Inexorable, en realidad, es entropía.

Y aquí me gustaría volver al concepto de singularidad, que discutimos en el artículo anterior. Hemos examinado en detalle lo que serán las máximas singularidades (o singularidades finitas) de este mundo. Esta singularidad de un agujero negro es el sistema de entropía más alto conocido por la humanidad. Pero la misma imagen sugiere que nuestro mundo debe haber sido muy ordenado al principio. La singularidad inicial que dio lugar al Big Bang debe haber sido inusualmente baja entropía, porque en el mundo observamos, la entropía está aumentando constantemente, por lo que fue una vez baja o cero. La cosmología de hoy es un espacio de misterios sin resolver y misterios sin resolver. Pero el misterio del estado inicial del mundo es quizás el más grande.

Roger Penrose estimó la cantidad de entropía para el colapso final de nuestro universo: 1010123! Por lo tanto, a través del concepto de volumen de fase (el espacio de fase es el conjunto de todos los estados del sistema en un momento particular). En el espacio de fase, el estado del sistema se describe por las coordenadas de un punto, y toda la evolución del sistema es descrita por el movimiento de este punto. Penrose concluye que existe una probabilidad de un mundo en el que se observe la segunda ley de la termodinámica como sabemos.

Este valor indica lo preciso que debe haber sido el diseño del Creador: ¡la precisión fue de unos 1010123! Esto es una precisión increíble. Tal figura ni siquiera puede ser escrita completamente en el sistema decimal ordinario: sería 1 seguido por 10123 ceros! Incluso si pudiésemos escribir "0" en cada protón y cada neutrón en el universo, y usar todas las demás partículas para este propósito, nuestro número aún no estaría escrito. (R. Penrose). La nueva mente del Rey

Tenga en cuenta que las probabilidades inferiores a 1/1050 son consideradas cero por los matemáticos y no se tienen en cuenta en cálculos, y este número, escrito en el sistema decimal, encaja fácilmente en una línea de una hoja estándar de papel de escritura.




El número impensable dado por Penrose (y quiero hacer que sea mi propio nombre y escribir con una letra mayúscula - Número), según él, es muy aproximado, la menor precisión que se requería para la organización Big Bang, que dio a luz al mundo que observamos. Al mismo tiempo, la singularidad última del universo, ejemplificada por la singularidad de los agujeros negros, como hemos dicho anteriormente, debe ser completamente caótica. El mundo material va a morir. ¡Pero fue hecho para la vida! Y espero hablar de eso más tarde. publicado

P.S. Y recuerden, simplemente cambiando nuestro consumo – juntos cambiamos el mundo!

Fuente: www.cablook.com/universe/nenasitnaya-entropiya/