Pocos Entienden Esto de la Física Moderna...

Summary

El 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

00:00

🌞 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.

05:03

🔧 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.

10:04

🔥 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.

15:05

🌡️ 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.

20:05

🌌 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.

25:06

☕️ 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.

Keywords

💡Energía solar

La energía solar se refiere a la energía que la Tierra recibe del Sol. Es fundamental para la vida en la Tierra, ya que proporciona calor y vitamina D, y es la fuente de energía que impulsa muchos procesos naturales y la cadena alimentaria. En el video, se discute cómo la Tierra obtiene energía del sol y la cantidad de energía que devuelve al espacio, destacando el equilibrio entre la energía recibida y la irradiada.

💡Termodinámica

La termodinámica es la rama de la física que estudia la energía y cómo se transforma y transfiere. En el video, la termodinámica es central para entender cómo funciona un motor a calor ideal y cómo se relaciona la eficiencia energética con las temperaturas de los lados frío y caliente de dicho motor. Además, se explora cómo la termodinámica gobierna fenómenos a gran escala, como las tormentas y la evolución del universo.

💡Entropía

La entropía es una medida de la dispersión o desorden de la energía en un sistema. En el video, se explica que la entropía del universo tiende a aumentar, lo que significa que la energía tiende a dispersarse con el tiempo. Esta dispersión de energía es crucial para entender por qué ciertos procesos son irreversibles y cómo la vida y las estructuras complejas pueden existir a pesar del aumento general de la entropía.

💡Big Bang

El Big Bang es la teoría que describe el inicio del universo. Según el video, el universo tenía una entropía muy baja inmediatamente después del Big Bang, lo que fue esencial para su desarrollo y la formación de estructuras como estrellas y galaxias. La hipótesis del pasado no explica por qué la entropía era baja, pero sugiere que era así para permitir el desarrollo del universo.

💡Flecha del tiempo

La flecha del tiempo es la noción de que el tiempo fluye en una sola dirección, desde el pasado hacia el futuro. En el video, se discute cómo la entropía proporciona una explicación para la existencia de una flecha del tiempo, ya que los procesos naturales tienden a aumentar la entropía, lo que lleva del orden a desorden y de estados menos probables a más probables.

💡Eficiencia de motores

La eficiencia de un motor se refiere a cuánto de la energía de entrada se convierte en trabajo útil. En el video, se explora la eficiencia de un motor a calor ideal de Carnot, que es teóricamente reversible y no tiene pérdidas. Sin embargo, se aclara que en la práctica, los motores no son 100% eficientes debido a factores como la fricción y las pérdidas de energía.

💡Radiación de Hawking

La radiación de Hawking es una teoría que sugiere que los agujeros negros emiten radiación debido a efectos cuánticos en sus orillas, conocidas como horizontes de suavidad. En el video, se menciona cómo Stephen Hawking descubrió que los agujeros negros tienen entropía y emiten radiación, lo que confirmó la propuesta previa de Jacob Bekenstein sobre la entropía de los agujeros negros.

💡Agujeros negros

Los agujeros negros son regiones del espacio-tiempo con una gravedad tan fuerte que nada, incluida la luz, puede escapar de ellas. En el video, se discute cómo los agujeros negros son una fuente significativa de entropía en el universo y cómo su tamaño y la tasa de crecimiento afectan su entropía.

💡Energía térmica

La energía térmica es la energía relacionada con el movimiento de los átomos y moléculas en una sustancia. En el video, se indica que toda la energía que llega a la Tierra del sol se convierte en energía térmica y luego se irradia al espacio, aunque en la misma cantidad.

💡Segunda ley de la termodinámica

La segunda ley de la termodinámica establece que la entropía de un sistema aislado siempre aumenta o permanece constante; nunca disminuye. En el video, se destaca cómo esta ley rige la tendencia natural de la energía a dispersarse y cómo es fundamental para entender la irreversibilidad de muchos procesos naturales.

💡Universo

El universo se refiere a todo lo que existe, incluyendo todas las galaxias, estrellas, planetas, y la energía y el espacio en sí mismos. El video explora cómo el universo ha evolucionado desde sus orígenes en el Big Bang, y cómo la entropía ha ido aumentando a lo largo del tiempo, afectando la formación de estructuras y la vida.

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