Pocos Entienden Esto de la Física Moderna...
Summary
TLDREl script del video aborda uno de los conceptos fundamentales de la física: la entropía. Se discute cómo la entropía, que puede ser considerada como la tendencia de la energía a dispersarse, rige fenómenos desde colisiones moleculares hasta tormentas y la evolución del universo. Se explora la idea de que la energía del sol, que la Tierra recibe, es más útil y concentrada que la energía que se irradia, permitiendo así procesos vitales y la existencia de la vida. Además, se menciona la hipótesis de que la vida podría ser una consecuencia de la segunda ley de la termodinámica, que sugiere que el universo tiende hacia un estado de máxima entropía. Finalmente, se destaca que, aunque la entropía parece llevar al universo hacia un estado de inactividad, es en el medio, donde la entropía no es demasiado alta ni demasiado baja, donde las estructuras complejas, como la vida, pueden surgir y prosperar.
Takeaways
- 🌞 La energía del sol es fundamental para la vida en la Tierra, proporcionando calor, luz y la fuente de energía para la cadena alimentaria.
- 🌡️ La Tierra recibe energía del sol y luego la irradia al espacio, pero existe un equilibrio en la cantidad de energía recibida y la irradiada.
- 🔧 El concepto de eficiencia energética se relaciona con el trabajo útil que se puede obtener de la energía térmica, como se estudió en los motores de vapor.
- 🔄 El motor ideal de Carnot muestra cómo funciona un motor sin pérdidas, y su eficiencia depende de la diferencia de temperatura entre los lados caliente y frío.
- ⚙️ La eficiencia de los motores reales está limitada por factores como la fricción y las pérdidas de energía, lo que hace que la energía no sea completamente convertible en trabajo.
- 🌡️ La segunda ley de la termodinámica, establecida por Lord Kelvin, indica que la entropía del universo tiende a un máximo, lo que significa que la energía se dispersa con el tiempo.
- ⏳ La entropía se relaciona con el desorden y la dispersión de la energía, y es la tendencia natural de la energía a dispersarse lo que hace que ciertos procesos sean irreversibles.
- 🌿 La vida en la Tierra es posible gracias a la baja entropía de la energía del sol, que permite la formación de estructuras y la realización de trabajo.
- ☀️ La energía solar es la fuente que mantiene la Tierra lejos del equilibrio termodinámico, permitiendo así la actividad vital y la existencia de la vida.
- "La hipótesis del pasado no" sugiere que el universo comenzó con una entropía baja, lo que permitió su desarrollo y la creación de estructuras cada vez más complejas.
- ⛅ La entropía es clave para entender la dirección del tiempo y por qué ciertos procesos parecen tener una dirección única, desde el pasado hacia el futuro.
Q & A
¿Qué concepto de la física es uno de los más importantes pero menos comprendidos?
-El concepto más importante pero menos comprendido es la entropía, que rige desde las colisiones moleculares hasta tormentas inmensas y la evolución del universo.
¿Por qué la Tierra recibe energía del sol?
-La Tierra recibe energía del sol principalmente en forma de luz, que proporciona calor y vitamina D, y es esencial para la vida en la Tierra.
¿Cuál es la proporción de energía que la Tierra recibe del sol y regresa al espacio?
-La Tierra recibe una cantidad determinada de energía del sol y regresa una fracción al espacio; aunque hay diferentes opiniones, se entiende que la cantidad de energía que la Tierra irradia al espacio es ligeramente menor que la recibida.
¿Quién fue Sadi Carnot y qué贡献给了 la física?
-Sadi Carnot fue un estudiante francés que, inspirado por las máquinas de vapor, desarrolló la teoría del motor ideal de Carnot, que describe cómo funcionaría un motor térmico eficiente sin fricción ni pérdidas.
¿Cómo se relaciona la eficiencia de un motor térmico con las temperaturas de sus lados calientes y fríos?
-La eficiencia de un motor térmico ideal depende fundamentalmente de las diferencias de temperatura entre sus lados calientes y fríos. Mayor diferencia de temperatura permite una mayor eficiencia.
¿Por qué no puede un motor térmico ser 100% eficiente?
-Un motor térmico no puede ser 100% eficiente debido a que, incluso sin fricción y pérdidas, se necesita transferir calor a una barra fría para regresar el pistón a su posición original, lo que significa que no toda la energía se queda en el volante.
¿Qué es la entropía y cómo se relaciona con la energía dispersa?
-La entropía es una forma de medir cuán dispersa está la energía. A medida que la energía se dispersa más, la entropía aumenta, lo que significa que la misma cantidad de energía está presente pero está menos disponible para realizar trabajo.
¿Cómo la vida en la Tierra se relaciona con la entropía?
-La vida en la Tierra sobrevive gracias a la baja entropía del sol, que proporciona un flujo constante de energía concentrada. Esta energía es más útil y compacta que la energía que la Tierra devuelve al espacio.
¿Cómo la gravedad influye en la entropía del universo?
-La gravedad influye en la entropía del universo al agrupar la materia, lo que hace que estados de materia dispersa sean extremadamente improbables y, por lo tanto, de baja entropía. A medida que el universo se expandía y enfriaba, la materia comenzó a agruparse, lo que aumentó la entropía.
¿Por qué la radiación de Hawking demuestra que los agujeros negros tienen entropía?
-La radiación de Hawking demuestra que los agujeros negros no son completamente negros y tienen una temperatura, lo que significa que emiten radiación y, por lo tanto, tienen entropía, confirmando la propuesta de Jacob Bekenstein.
¿Cómo la entropía del universo está relacionada con el tiempo y la dirección de los eventos?
-La entropía del universo, que tiende a aumentar con el tiempo, proporciona una flecha del tiempo, indicando una dirección en la que los eventos ocurren de estados menos probables a estados más probables. Esto es la razón por la que hay una diferencia entre el pasado y el futuro en términos de la evolución de los sistemas.
Outlines
🌞 La importancia de la energía solar y su relación con la Tierra
Este párrafo aborda el concepto fundamental de la energía en la física, desde colisiones moleculares hasta fenómenos atmosféricos y la evolución del universo. Se discute cómo la Tierra recibe energía del sol, incluyendo calor y vitamina D, y la cantidad de energía que se irradia de regreso al espacio. Se destaca que la energía no desaparece y debe existir un equilibrio entre lo que se recibe y lo que se emite, lo que es crucial para evitar un aumento de temperatura global.
🔧 El motor de Carnot y la eficiencia energética
Se explora el motor de Carnot, un modelo teórico de motor térmico que operaría sin fricción ni pérdidas. Se describe su funcionamiento, donde el calor se transferiría de una barra caliente a una fría, y cómo, al invertir el proceso, el motor sería totalmente reversible. Se calcula la eficiencia del motor usando la diferencia entre las temperaturas de las barras y se concluye que, aunque el motor ideal de Carnot sería muy eficiente, no alcanzaría el 100% debido a que parte del calor siempre se transferirá a la barra fría.
🔥 La segunda ley de la termodinámica y la entropía
Se introduce la segunda ley de la termodinámica, que establece que la entropía del universo tiende a un máximo, lo que significa que la energía se dispersa con el tiempo. Se describe cómo la entropía es una medida de la dispersión de la energía y cómo esta dispersión es inevitable, lo que impide la existencia de máquinas de movimiento perpetuo. Se utiliza el concepto de desorden para explicar la entropía y se discute cómo la energía tiende a dispersarse de formas más probables.
🌡️ La dispersión de energía y la vida en la Tierra
Se aborda cómo la energía del sol, a pesar de su dispersión, permite la existencia de vida en la Tierra. Se explica que la vida utiliza la baja entropía de la energía solar para crecer y prosperar, y cómo la energía se convierte en formas menos útiles a medida que se dispersa. Además, se sugiere que la vida podría ser una consecuencia de la segunda ley de la termodinámica, ya que acelera la tendencia natural del universo hacia la máxima entropía.
🌌 La entropía en el universo y la formación de estructuras
Se discute cómo la baja entropía inicial del universo permitió su desarrollo y la formación de estructuras como estrellas, planetas y galaxias. Se menciona la hipótesis del pasado no, que sugiere que la entropía del universo era baja después del Big Bang. Además, se explora el papel de la gravedad en la formación de estructuras y cómo la expansión del universo y la formación de agujeros negros contribuyen a su aumento de entropía.
☕️ La complejidad en la entropía y la existencia de la vida
Se concluye que tanto la alta como la baja entropía son de baja complejidad, y es en el medio donde se dan las condiciones para la complejidad y la vida. Se utiliza la metáfora de la mezcla de té y leche para ilustrar cómo la mezcla de componentes puede dar lugar a patrones complejos y temporales. Se destaca la importancia de aprovechar la baja entropía disponible para fomentar la complejidad y la vida en el universo.
Mindmap
Keywords
💡Energía solar
💡Termodinámica
💡Entropía
💡Big Bang
💡Flecha del tiempo
💡Eficiencia de motores
💡Radiación de Hawking
💡Agujeros negros
💡Energía térmica
💡Segunda ley de la termodinámica
💡Universo
Highlights
El vídeo de hoy aborda uno de los conceptos más importantes pero menos comprendidos de la física, que rige desde colisiones moleculares hasta tormentas y la evolución del universo.
Se plantea la pregunta fundamental de cuánta energía la Tierra recibe del sol y cuánta regresa al espacio.
Se destaca que la energía nunca desaparece y que debe existir un equilibrio entre lo que se recibe del sol y lo que se irradia.
Se menciona la importancia de la energía del sol para la vida terrestre, incluida la síntesis de vitamina D.
Se relata la historia de Sadi Carnot y su contribución a la comprensión de la eficiencia de los motores de vapor.
Se describe el motor térmico ideal de Carnot, que es totalmente reversible y sin pérdidas.
Se explica que la eficiencia de un motor térmico depende fundamentalmente de las diferencias de temperatura entre los lados frío y caliente.
Lord Kelvin utilizó el motor ideal de Carnot para establecer la escala de temperatura absoluta, la escala Kelvin.
Se discute la imposibilidad de un motor térmico ser 100% eficiente debido a las pérdidas y la dispersión de energía.
Rudolf Clausius introdujo el concepto de entropía como una forma de medir la dispersión de la energía.
La segunda ley de la termodinámica establece que la entropía del universo tiende a un máximo, lo que significa que la energía se dispersa con el tiempo.
Se explora la idea de que la vida puede ser una consecuencia de la segunda ley de la termodinámica, ya que la vida es eficiente en convertir baja entropía en alta entropía.
Se sugiere que la energía del sol, con su baja entropía, es esencial para la existencia y la complejidad de la vida en la Tierra.
Se explica cómo la entropía de los agujeros negros representa la mayoría de la entropía en el universo.
Stephen Hawking confirmó que los agujeros negros emiten radiación, lo que demuestra que tienen entropía.
Se discute la hipótesis del pasado no equilibrado, que sugiere que la entropía del universo era baja después del Big Bang y ha ido aumentando.
Se describe la muerte térmica del universo, un futuro en el que la energía se disperse tanto que no ocurre nada interesante.
Se destaca que la complejidad surge en los niveles intermedios de entropía, donde es posible la existencia de estructuras complejas como la vida.
Transcripts
el vídeo de hoy trata de uno de los
conceptos más importantes y sin embargo
menos comprendidos de toda la física lo
rige todo desde las colisiones
moleculares hasta tormentas inmensas
desde el inicio del universo pasando por
toda su evolución hasta su Inevitable
final de hecho puede determinar la
dirección del tiempo e incluso hacer la
razón de que haya vida para comprobar la
confusión acerca de este tema solo hay
que hacer una simple pregunta
qué obtiene la tierra del sol
que obtiene la tierra del sol
yo creo Rayos de Luz qué obtenemos calor
calor
vitamina D tenemos vitamina D vitamina D
de Los Rayos UV bueno mucha energía que
tiene la tierra de la energía sí energía
energía
Exacto todos los días la tierra recibe
cierta cantidad de energía del sol
entonces Cuánta energía regresa a la
Tierra al espacio con relación a la
cantidad que obtiene del sol Quizá no
demasiada No creo que solo la irradiamos
de vuelta creo que menos menos yo creo
que menos Supongo que un 70% es una
fracción yo digo que un 20% porque
usamos parte de ella usamos parte de la
energía consumimos mucha No pero lo que
pasa con la energía es que nunca
desaparece no se puede agotar
Tendría que haber equilibrio no soy la
misma cantidad ya sabes Causa y efecto
sería en cierto modo Igual no en casi
toda la historia de la tierra la
cantidad de energía que entra del Sol y
la que la Tierra irradia al espacio
Debería ser Exactamente igual
Wow porque si no fuera así entonces la
tierra se calentaría mucho más y sería
un problema Sería un gran problema
Entonces si esto es así sé qué es lo que
obtenemos realmente del sol
buena pregunta
nos da un buen bronceado nos da un buen
bronceado me encanta obtenemos algo
especial del Sol no sé que obtenemos
energía pero nadie habla de eso para
responder eso debemos remontarnos a un
descubrimiento hecho hace dos siglos
durante el invierno de 1813 los
ejércitos de Austria prusia y Rusia
estaban invadiendo Francia
el hijo de uno de los generales de
Napoleón era sadie carnot un estudiante
de 17 años el 29 de diciembre él
escribió una carta a Napoleón diciéndole
que quería unirse a la lucha Napoleón
preocupado por la batalla no respondió
pero a carnot se le cumplió su deseo
unos meses después cuando París fue
atacado los estudiantes defendieron un
castillo al este de la ciudad pero no
eran rival para los ejércitos que
avanzaban y París cayó después de Solo
un día de lucha
obligado a retirarse carnot estaba
devastado
siete años después fue a visitar a su
padre quien había huido a prusia después
de la derrota de Napoleón su padre no
solo era general también era físico
escribió un ensayo acerca de cómo la
energía se transfiere más eficientemente
en sistemas mecánicos durante la visita
de su hijo hablaron largamente sobre el
gran avance del momento las máquinas de
vapor las máquinas de vapor ya se usaban
para impulsar barcos extraer minerales y
tragar puertos
y era evidente que el poderío industrial
y militar de las Naciones dependía de
tener las mejores máquinas de vapor
pero los diseños franceses iban a la
saga de los otros países como Gran
Bretaña y sadie carnot se dio a la tarea
de averiguar por qué
en ese entonces aún las mejores máquinas
de vapor solo convertían alrededor del
3% de energía térmica en trabajo
mecánico útil Si pudiera mejorar eso le
podría dar a Francia una ventaja enorme
y restaurar su lugar en el mundo Así que
pasó los siguientes tres años estudiando
motores térmicos y una de sus ideas
claves Es cómo funcionaría un motor
térmico ideal sin fricción ni pérdidas
hacia el ambiente
se ve algo así
tomen dos barras de metal muy grandes
una caliente y otra fría el motor se
compone de una cámara llena de aire a la
cual el calor solo puede entrar o salir
por la parte inferior dentro de la
cámara hay un pistón que está conectado
a un volante de Inercia el aire inicia a
una temperatura justo por debajo de la
de la barra caliente primero la barra
caliente entre en contacto con la cámara
el aire del interior se expande con el
calor que entra para mantener su
temperatura esto empuja el pistón hacia
arriba y hace girar el volante luego se
retira la barra Caliente pero el aire en
la cámara sigue expandiéndose pero ahora
que ya no entra calor la temperatura
desciende idealmente hasta alcanzar la
temperatura de la barra fría y la barra
fría entonces entra en contacto con la
cámara y el volante empuje el pistón
hacia abajo y a medida que se comprime
el aire el calor se transfiere a la
barra fría
al retirar la barra fría el volante
comprime el aire aún más aumentando su
temperatura justo por debajo de la de la
barra caliente a continuación la barra
caliente vuelve a hacer contacto y el
ciclo se repite Durante este proceso el
calor de la barra caliente se convierte
en la energía del volante de Inercia
y lo interesante del motor ideal de
carnot es que es totalmente reversible
Si haces funcionar el motor a la inversa
primero el aire se va a expandir bajando
su temperatura luego la cámara entrará
en contacto con la barra fría el aire se
expandirá más tomando el calor de la
barra fría después el aire se comprimirá
aumentando su temperatura la barra fría
se colocará debajo de la cámara y la
energía del volante se usará para
devolver el calor a la barra caliente
independientemente de Cuántos ciclos se
ejecuten hacia adelante se puede
ejecutar el mismo número a la inversa y
al final todo va a volver a su estado
original sin necesidad de un aporte
adicional de energía
por lo tanto en un motor ideal nada
cambia realmente siempre se puede
deshacer lo que se hizo
Entonces cuál es la eficiencia de este
motor ya que es totalmente reversible se
podría esperar que la eficiencia fuera
del 100% Pero ese no es el caso en cada
ciclo la energía del volante aumenta por
la cantidad de calor que entra a la
cámara proveniente de la barra caliente
menos el calor que sale de la cámara
hacia la barra fría y para calcular la
eficiencia dividimos esta energía entre
el aporte de calor de la barra caliente
ahora el calor que entra en el lado
caliente es igual al trabajo realizado
por el gas sobre el pistón y este
siempre va a ser mayor que el trabajo
realizado por el pistón sobre el gas en
el lado frío que equivale Al Calor que
sale la razón de esto es que en el lado
caliente el gas caliente ejerce una
presión mayor en el pistón que el mismo
gas cuando está frío para aumentar la
eficiencia del motor se podría aumentar
la temperatura del lado caliente o
disminuir la temperatura del frío o
ambas cosas
lord Kelvin se enteró del motor ideal de
carnot y se dio cuenta que podría ser la
base de una escala de temperatura
absoluta supongamos que el gas se
expande a tal extremo que se enfría al
punto de que todas sus partículas dejan
de moverse
Entonces no ejercerían ninguna presión
sobre el pistón y no costaría ningún
trabajo comprimirlo en el lado frío y no
Se perdería calor
Este es el concepto de cero absoluto y
esto daría lugar a un motor 100%
eficiente
usando esta escala de temperatura
absoluta la escala Kelvin podemos
reemplazar la cantidad de calor entrante
y saliente con las temperaturas de los
lados frío y caliente respectivamente
porque son directamente proporcionales
Así que podemos expresar la eficiencia
de esta forma que se puede reescribir
así
lo que hemos aprendido es que la
eficiencia de un motor térmico ideal no
depende de los materiales ni del diseño
del motor sino fundamentalmente de las
temperaturas de los lados calientes y
frío para alcanzar una eficiencia del
100% se necesitaría una temperatura
infinita en el lado caliente o el cero
absoluto en el lado frío dos condiciones
imposibles en la práctica Así que
incluso sin fricción y pérdidas hacia el
ambiente es imposible hacer que un motor
térmico sea 100% eficiente Y es que para
regresar el pistón a su posición
original se necesita transferir calor a
la barra fría por lo que no toda la
energía se queda en el volante
en la época de carnot las máquinas de
vapor de alta presión solo podían
alcanzar temperaturas de hasta 160
grados centígrados por lo que su
eficiencia máxima teórica era del 32%
pero su eficiencia real era más bien del
3%. Esto se debe a que los motores
reales experimentan fricción disipan
calor al medio ambiente y no transfieren
calor a temperaturas constantes por lo
tanto para la misma cantidad de calor
que entra menos energía termina en el
volante de Inercia el resto se dispersa
por las paredes del cilindro el eje del
volante y se irradia al ambiente
cuando la energía se dispersa Así es
imposible recuperarla Así que este
proceso es Irreversible La cantidad
total de energía no cambió pero se
volvió menos utilizable la energía se
vuelve más útil cuando está concentrada
y menos útil cuando está dispersa
décadas más tarde el físico alemán
rudolf clausius estudió el motor de
carnot y elaboró una forma de medir qué
tan dispersa está la energía
a esta cantidad la llamó entropía
[Música]
Cuando toda la energía se concentra en
la barra caliente la entropía es baja
Pero a medida que la energía se dispersa
alrededor en las paredes de la cámara y
el eje bueno la entropía aumenta esto
significa que la misma cantidad de
energía está presente pero en esta forma
más dispersa está menos disponible para
realizar trabajo en 1865 clausius resume
así las dos primeras leyes de la
termodinámica la primera es que la
energía del universo es constante y la
segunda la entropía del universo tiende
a un máximo En otras palabras la energía
se dispersa a lo largo del tiempo
[Música]
la segunda ley es central para muchos
fenómenos del mundo porque las cosas
calientes se enfrían y las frías se
calientan porque el gas se expande para
llenar un recipiente Por qué no se puede
tener una máquina de movimiento perpetua
es porque la cantidad de energía
utilizable en un sistema cerrado Está
siempre disminuyendo
la forma más común de describir la
entropía es como desorden y tiene
sentido porque se asocia a cosas cada
vez más mezcladas aleatorias y menos
ordenadas pero creo que la mejor manera
de pensar en la entropía es como la
tendencia de la energía a dispersarse
Pero por qué se dispersa la energía con
el tiempo es decir la mayoría de las
leyes de la física funcionan Exactamente
igual hacia adelante o hacia atrás en el
tiempo entonces cómo surge esta Clara
dependencia temporal
consideremos dos pequeñas barras de
metal una caliente y otra fría para este
modelo sencillo consideraremos solo 8
átomos por barra cada átomo vibra en
función del número de paquetes de
energía que posee Cuantos más paquetes
más vibra empecemos con siete paquetes
de energía en la barra izquierda y tres
en la derecha el número de paquetes de
energía en cada barra es lo que
llamaremos un estado primero
consideremos solo la barra izquierda
tiene siete paquetes de energía que
pueden moverse libremente por la
retícula esto ocurre sin parar los
paquetes de energía saltan
aleatoriamente de un átomo a otro
creando diferentes configuraciones de
energía pero la energía total permanece
igual todo el tiempo ahora traigamos la
barra fría de nuevo con solo tres
paquetes y pongamos las juntas ahora los
paquetes de energía pueden saltar entre
ambas barras creando diferentes
configuraciones cada configuración única
es Igualmente probable
Entonces qué ocurre si tomamos una foto
en un instante de tiempo y vemos en
dónde están todos los paquetes de
energía y alto miren esto Ahora hay
nueve paquetes de energía en la barra
izquierda y solo uno en la derecha el
calor ha pasado de la fría a la caliente
no Debería ser imposible porque
disminuye la entropía
Pues bien aquí es donde ludbick boltzman
hizo un importante descubrimiento que el
calor fluye de la fría a la caliente no
es imposible sólo es improbable
hay 91.520 configuraciones con 9
paquetes de energía en la barra
izquierda pero
627.264,5 paquetes de energía en cada
barra es decir hay seis veces más
probabilidades de que la energía se
distribuya uniformemente entre las
barras pero si se suman todas las
posibilidades se puede ver que hay un
10.5% de posibilidad de que la barra de
la izquierda acabe con más paquetes de
energía de los que tenía al principio
Entonces por qué no observamos que esto
ocurre a nuestro alrededor vemos Qué
pasa cuando aumentamos el número de
átomos a 80 por barra y los paquetes de
energía a 100 con 70 en la barra
izquierda y 30 en la derecha Ahora solo
hay un 0.05% de posibilidades de que el
sólido de la izquierda termine más
caliente que al comienzo y esta
tendencia continúa a medida que seguimos
ampliando el sistema en los sólidos
cotidianos hay unos 100 cuatrillones de
átomos
y aún más paquetes de energía por tanto
que el calor fluya de frío a caliente es
tan improbable que nunca ocurre
piénselo como este cubo de Rubik ahora
está completamente resuelto pero voy a
cerrar los ojos y hacer algunos giros al
azar si sigo haciendo esto cada vez
estaré más lejos de resolverlo Pero cómo
puedo estar seguro de que realmente lo
estoy desordenando Pues porque solo hay
una forma de resolverlo unas cuantas de
casi resolverlo y quintillones de formas
de que sea casi totalmente aleatorio sin
pensarlo ni esforzarse cada vuelta hace
que el cubo Rubik pase de un estado muy
improbable el de estar resuelto a un
estado más probable un completo desastre
Entonces si la tendencia natural de la
energía es dispersarse y que todo sea
más desordenado cómo es posible tener
algo como el aire acondicionado donde el
interior frío de una casa se enfría y el
exterior caliente se calienta más
[Música]
la energía va del frío Al Calor
disminuyendo la entropía de la casa
Pues bien esta disminución de entropía
solo es posible aumentando la entropía
muchísimo más en otro lugar en este caso
en una central eléctrica la energía
química concentrada y el carbón se
liberan calentando la central y su
entorno propagándose a la turbina los
generadores eléctricos calentando los
cables hasta la casa y produciendo calor
residual en los ventiladores y el
compresor cualquier disminución de
entropía que se consigue en la casa se
compensa con el aumento de entropía
necesario para que eso ocurra
pero si la entropía total aumenta
constantemente y cualquier cosa que
hagamos solo acelera ese aumento
Entonces cómo es que queda alguna
estructura en la tierra Cómo se separan
las partes calientes de las frías
Cómo es que existe la vida
Bueno si la tierra fuera un sistema
cerrado la energía se dispersaría
completamente lo que significaría que
todavía cesaría todo se descompondría y
mezclaría y finalmente alcanzaría la
misma temperatura pero por suerte la
tierra no es un sistema cerrado porque
tenemos al sol
[Música]
lo que realmente nos da el sol es un
flujo constante de baja entropía que es
energía concentrada y empacada la
energía que obtenemos del sol es más
útil que la que devolvemos es más
compacta está más agrupada las plantas
captan esta energía y la utilizan para
crecer y crear azúcares luego los
animales como en plantas y utilizan esa
energía para mantener su cuerpo y
desplazarse los animales más grandes
obtienen su energía comiéndose a los más
pequeños Y así sucesivamente quien cada
uno de estos pasos la energía se
dispersa más es interesante Sí no lo
sabía Ahí está básicamente toda la
energía que llega a la Tierra desde el
sol se convierte en energía térmica y
luego se irradia al espacio
pero de hecho es la misma cantidad sé
que sabes esto porque tengo un doctorado
en física
el aumento de entropía puede observarse
en el número relativo de fotones que
llegan y salen de la tierra por cada
fotón que llega del sol se emiten 20
fotones y todo lo que ocurre en la
tierra el crecimiento de las plantas la
caída de los árboles la estampida de los
rebaños los huracanes y tornados la
gente comiendo durmiendo y respirando
todo ello ocurre en el proceso de
convertir pocos fotones de mayor energía
en 20 veces más fotones de menor energía
sin una fuente de energía concentrada y
una forma de desechar la energía
dispersa la vida en la tierra no Sería
posible
Incluso se ha sugerido que la propia
vida puede ser una consecuencia de la
Segunda ley de la termodinámica si el
universo tiende hacia la máxima entropía
entonces la vida ofrece una forma de
acelerar esa tendencia natural porque la
vida es espectacularmente buena
convirtiendo la baja entropía en alta
entropía por ejemplo la capa superficial
del agua de mar produce entre un 30 y un
680 por ciento Más entropía cuando hay
cianobacterias y otras materias
orgánicas que cuando no las hay Jeremy
england va un paso más allá ha propuesto
que si hay un flujo constante de energía
aglomerada esto podría favorecer a las
estructuras que disipan esa energía y
con el tiempo esto se traduce en
disipadores de energía cada vez mejores
lo que a la larga se traduce en vida o
en sus propias palabras empiezas con un
grupo aleatorio de átomos y si lo pones
a luz el tiempo suficiente no debería
sorprenderte que obtengas una planta
Así que la vida en la tierra sobrevive
gracias a la baja entropía del sol pero
Entonces de dónde sacó el sol su baja
entropía
la respuesta es el universo
si sabemos que la entropía total del
universo aumenta con el tiempo entonces
ayer había menos entropía Y todavía
menos anteayer Y así sucesivamente hasta
el Big Bang
Así que justo después del Big Bang es
cuando la entropía era más baja esto se
conoce como la hipótesis del pasado no
explica por qué la entropía era baja
Solo que debió ser así para que el
Universo se desarrollara como lo ha
hecho pero el universo primitivo era
caliente denso y casi completamente
uniforme es decir todo estaba mezclado y
la temperatura era básicamente la misma
en todas partes variando como mucho un
0.001%. Entonces por qué esto es baja
entropía Bueno lo que hemos omitido es
la gravedad la gravedad tiende a agrupar
la materia Así que tomando en cuenta la
gravedad tener la materia esparcida de
esta manera sería un estado
extremadamente improbable y es por eso
que es baja entropía
con el tiempo a medida que el Universo
se expandía y enfriaba la materia empezó
a aglomerarse en regiones más densas Y
al hacerlo enormes cantidades de energía
potencial se convirtieron en energía
cinética y esta energía también podría
utilizarse igual que el agua que fluye
cuesta abajo puede alimentar una turbina
pero cuando los Trozos de materia
empezaron a chocar entre sí parte de su
energía cinética se convirtió en calor
por lo que la cantidad de energía útil
disminuyó aumentando así la entropía
con el tiempo la energía útil se usó
y así se formaron estrellas planetas
galaxias y vida aumentando la entropía
en el proceso el universo comenzó con
alrededor de 10 a la 88 veces el valor
de la constante de voltsman de entropía
actualmente todas las Estrellas del
universo observable tienen alrededor de
9.5 por 10 a la 80 los medios
Interestelar e intergaláctico combinados
tienen casi 10 veces más pero siguen
siendo solo una fracción del universo
primitivo los neutrinos y los fotones
del fondo cósmico de microondas
contienen mucho más
en 1972 Jacob beckenstein propuso otra
fuente de entropía
los agujeros negros
sugirió que la entropía de un agujero
negro Debería ser proporcional a su
superficie a medida que un agujero negro
crece su entropía aumenta
físicos famosos pensaban que la idea no
tenía sentido y con buena razón según la
termodinámica clásica si los agujeros
negros tienen entropía también deberían
tener temperatura pero si tienen
temperatura deberían emitir radiación y
no serían negros después de todo
la persona que se propuso demostrar que
beckenstein estaba equivocado fue
Stephen Hawking pero para su sorpresa
sus resultados demostraron que los
agujeros negros sí emiten radiación lo
que ahora se conoce como radiación de
Hawking Y si tienen temperatura el
agujero negro del centro de la vía
láctea tiene una temperatura de unas 100
billonésima de Kelvin y emite una
radiación demasiado débil para ser
detectada por lo que sigue siendo
bastante negro pero Hawking confirmó que
los agujeros negros tienen entropía y
que beckenstein tenía razón Hawking pudo
refinar la propuesta de beckenstein y
determinar Cuánta entropía tienen
el agujero negro supermasivo en el
centro de la vía láctea tiene alrededor
de 10 a la 91 veces el valor de la
constante de voltsman de entropía eso es
mil veces más que el universo observable
primitivo y 10 veces más que todas las
demás partículas juntas y eso es solo un
agujero negro todos los agujeros negros
juntos representan 3 por 10 el asiento
cuatro veces el valor de la constante de
voltsman de entropía
Así que casi toda la entropía del
universo está ligada a los agujeros
negros eso significa que el universo
primitivo solo tenía alrededor del punto
0003% de la entropía que tiene ahora
Así que la entropía era baja y todo lo
que ocurre en el universo como la
formación de sistemas planetarios la
fusión de galaxias el choque de
asteroides la muerte de estrellas hasta
el florecimiento de la vida misma todo
eso Puede ocurrir porque la entropía del
universo era baja y ha ido aumentando y
todo ocurre en una sola dirección nunca
vemos que un asteroide que chocó se
reincorpore o que un sistema Planetario
vuelva a la nube de polvo y gas que lo
formaba hay una Clara diferencia entre
ir al pasado y al futuro y Esa
diferencia proviene de la entropía el
hecho de que pasemos de estado sin
probables a Estados más probables es la
razón por la que existe una flecha del
tiempo
se espera que esto continúe hasta que
finalmente la energía se disperse tanto
que nunca vuelva a ocurrir nada
interesante
Esta es la muerte térmica del universo
en un futuro lejano de más de 10 a las
100 años a partir de ahora después de
que el último agujero negro se haya
evaporado el universo estará en su
estado más probable
entonces incluso a gran escala no Sería
posible distinguir entre El Avance o el
retroceso del tiempo la flecha del
tiempo desaparecería
Así que parece que la entropía es esa
cosa horrible que nos lleva
inevitablemente hacia el resultado más
aburrido imaginable pero que la máxima
entropía tenga baja complejidad no
significa que la baja entropía tenga
máxima complejidad en realidad es más
como este té y esta leche sostenerla así
no es muy interesante pero al verter la
leche los dos empiezan a mezclarse y
surgen estos preciosos dibujos aparecen
en un instante y antes de que te des
cuenta desaparecen y vuelven a carecer
de rasgos tanto la Baja como la alta
entropía son de baja complejidad es en
el medio donde aparecen y prosperan las
estructuras complejas y ya que ahí es
donde nos encontramos aprovechemos la
baja entropía que tenemos mientras
podamos
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