Blog de Enunlugardelcosmos

Blog dedicado a la cosmología

En este blog encontrarás artículos y noticias relacionadas con el cosmos y con la ciencia.

La entropía y la dirección temporal

Escrito por Enunlugarenelcosmos 17-03-2018 en ciencia. Comentarios (0)

La entropía es la única cantidad en las ciencias físicas que requiere una dirección particular para el tiempo, a veces llamada flecha del tiempo. A medida que uno avanza en el tiempo, dice la segunda ley de la termodinámica , la entropía de un sistema aislado puede aumentar, pero no disminuir. Por lo tanto, desde una perspectiva, la medición de la entropía es una forma de distinguir el pasado del futuro. Sin embargo, en los sistemas termodinámicos que no están cerrados, la entropía puede disminuir con el tiempo, muchos sistemas, incluidos los sistemas vivos, reducen la entropía local a expensas de un aumento ambiental, lo que resulta en un aumento neto de la entropía.

Todos los fenómenos que se comportan de forma diferente en una dirección temporal pueden vincularse finalmente con la Segunda Ley de la Termodinámica . Esto incluye el hecho de que los cubitos de hielo se funden en café caliente en lugar de separarse del café, que un bloque que se desliza sobre una superficie áspera se ralentiza en lugar de acelerarse, y que podemos recordar el pasado en lugar del futuro. Este último fenómeno, llamado la "flecha psicológica del tiempo", tiene profundas conexiones con el demonio de Maxwelly la física de la información; De hecho, es fácil entender su vínculo con la Segunda Ley de la Termodinámica si uno considera que la memoria es una correlación entre las células cerebrales (o bits de la computadora) y el mundo exterior. Dado que la Segunda Ley de la Termodinámica es equivalente al crecimiento con el tiempo de tales correlaciones, entonces establece que la memoria se crea a medida que avanzamos hacia el futuro (en lugar de hacia el pasado).

La imagen puede contener: texto

La imagen puede contener: texto

No hay texto alternativo automático disponible.


el demonio de Maxwell

Escrito por Enunlugarenelcosmos 17-03-2018 en ciencia. Comentarios (0)

En 1867, James Clerk Maxwell introdujo un experimento de pensamiento ahora famoso que destacó el contraste entre la naturaleza estadística de la entropía y la naturaleza determinista de los procesos físicos subyacentes. Este experimento, conocido como el demonio de Maxwell , consiste en un hipotético "demonio" que protege una trampilla entre dos contenedores llenos de gases a temperaturas iguales. Al permitir moléculas rápidas a través de la trampilla en una sola dirección y solo moléculas lentas en la otra dirección, el demonio eleva la temperatura de un gas y baja la temperatura del otro, aparentemente violando la Segunda Ley.

El experimento mental de Maxwell solo fue resuelto en el siglo XX por Leó Szilárd , Charles H. Bennett , Seth Lloyd y otros. La idea clave es que el demonio mismo posee necesariamente una cantidad de entropía no despreciable que aumenta incluso cuando los gases pierden entropía, de modo que la entropía del sistema como un todo aumenta. Esto se debe a que el demonio debe contener muchas "partes" internas (esencialmente un espacio de memoria para almacenar información sobre las moléculas de gas) si va a realizar su trabajo de manera confiable y por lo tanto debe considerarse un sistema macroscópico con entropía, no desaparece. Una forma equivalente de decir esto es que la información que posee el demonio sobre la cual se consideran átomos rápidos o lentos , se puede considerar una forma de entropía conocida como entropía de la información .

No hay texto alternativo automático disponible.


El juego de la termodinámica

Escrito por Enunlugarenelcosmos 17-03-2018 en ciencia. Comentarios (0)

Todo el mundo sabe que cuando sueltas una piedra desde una determinada altura, ésta caerá al suelo y nunca flotará o se elevará. Es decir, que directa o indirectamente, todos conocemos la Ley de Gravitación Universal de Newton.

Sin embargo, las Leyes de la Termodinámica, son menos conocidas por el público general. Hace poco leí por la red un artículo titulado “El juego de la termodinámica”, en el que se explicaban las leyes que la rigen como si de un juego se tratase. Más concretamente, un juego en el que siempre sales perdiendo ¿Cuáles son las reglas del juego? Hay tres, una por cada ley.

La Primera Ley es, en realidad, es las más conocida por el público, la Ley de Conservación de la Energía. Ésta dice que la energía no se crea, ni se destruye, sólo se transforma. Durante años, los científicos han intentado construir lo que se conoce como “Móvil perpetuo”, una máquina capaz de producir más energía de la que consume. Pero esto entra en conflicto con la primera Ley, no existe tal máquina. Así, parece que en el juego de la termodinámica, no puedes ganar.

La Segunda Ley, mucho menos conocida que la anterior, establece que un sistema (cerrado, y que no esté en equilibrio) tiende a aumentar su entropía hasta alcanzar el equilibrio. La entropía es la parte de la energía que no sirve para realizar trabajo. ¿Ein? ¿Y qué quiere decir esto? Es sencillo. Cualquier objeto, por el mero hecho de tener una temperatura superior a la temperatura más baja posible (llamada cero absoluto), tiene una cierta energía, conocida como energía interna. Esta energía interna se debe a las vibraciones moleculares, traslaciones, etc. que suceden a nivel microscópico en el objeto. Pues bien, aunque todos los objetos tengan energía, no pueden cederla a otros objetos a menos que haya una diferencia de temperatura entre ambos . Y si esta energía no se “mueve”, no se traspasa, es energía inútil. Resumiendo, no podemos transformar el 100 % de la energía, en energía aprovechable. Como sucedía con la primera Ley, los científicos han intentado crear el “Móvil perpetuo de segunda especie”, una máquina ideal que sería capaz de transformar toda la energía que recibe, en energía útil. Por supuesto, esto es imposible. De no ser así, un barco podría mover sus motores simplemente transformando la energía del agua del mar en energía eléctrica y funcionar de por vida. Como vemos en este caso, en el juego de la termodinámica, tampoco puedes empatar.

Y por úlyimo, el tercer principio de la Termodinámica, nos dice que es imposible alcanzar el cero absoluto de temperatura, en un número finito de procesos. El cero absoluto es la temperatura 0 K, en la escala Kelvin, o escala absoluta. ¿Qué implica este tercer principio? Pues que todos los cuerpos del universo tienen una temperatura mayor que 0 K, y por tanto tienen algo, por poco que sea, de energía. Es decir, todo lo existente participa en el juego de la termodinámica; un juego en el que no puedes abandonar.

Existe una Ley Cero de la Termodinámica. Este curioso nombre es debido a que es mucho más básica que las demás, pero se enunció con bastante posterioridad (ya teníamos una Primera Ley). Dice que dos sistemas que estén en equilibrio termodinámico con un tercero, entonces están en equilibrio entre sí. Puede parecer una perogrullada, pero es necesaria enunciarla formalmente.

Si nos quedamos con las tres leyes clásicas de la termodinámica, tenemos un juego en el que nunca querríamos participar, si tuviéramos la posibilidad de elegir:

No puedes ganar.

No puedes empatar.

No puedes abandonar.

Así que sólo nos queda perder. Y ciertamente, si el universo durase lo suficiente, llegaría un momento en el que todas sus partículas estarían a la misma temperatura, y sería imposible ningún proceso termodinámico. Es lo que se conoce como la Muerte Térmica del Universo.

Pero no podemos elegir. Es el juego que nos ha tocado jugar, y no podemos cambiar sus reglas.

No hay texto alternativo automático disponible.


La paradoja de la muerte de calor

Escrito por Enunlugarenelcosmos 17-03-2018 en ciencia. Comentarios (0)

La paradoja de la muerte de calor , también conocida como la paradoja de Clausius, es una reducción al absurdo argumento que utiliza la termodinámica para mostrar la imposibilidad de un universo infinitamente viejo. Fue Formulada en 1862 por Lord Kelvin , Hermann von Helmholtz y William John Macquorn Rankine.

Asumiendo que el universo es eterno, surge una pregunta ¿Cómo es que el equilibrio termodinámico no se ha logrado todavía?

La paradoja se basaba en el rígido punto de vista mecánico del Segundo principio de la termodinámica postulado por Rudolf Clausius según el cual el calor solo puede transferirse de un objeto más frío a uno más frío. Si el universo fuera eterno, como se afirma en el modelo estacionario clásico del universo, ya debería estar frío.

Cualquier objeto caliente transfiere calor a su entorno más frío, hasta que todo esté a la misma temperatura . Para dos objetos a la misma temperatura, tanto calor fluye de un cuerpo como flujos del otro, y el efecto neto no cambia. Si el universo fuera infinitamente viejo, debe haber habido suficiente tiempo para que las estrellas enfríen y calienten su entorno. En todas partes, por lo tanto, debería estar a la misma temperatura y no debería haber estrellas, o todo debería estar tan caliente como las estrellas.

Como hay estrellas y el universo no está en equilibrio térmico, no puede ser infinitamente viejo. En la cosmología del Big Bang, la edad actual del universo no es lo suficientemente antigua como para haber alcanzado el equilibrio, mientras que en un sistema de estado estable, el hidrógeno suficiente se repone o se regenera de forma continua para permitir una densidad promedio constante y evitar que las estrellas se agoten.

Crédito: https://arxiv.org/abs/0912.1756
https://arxiv.org/abs/0812.1679

No hay texto alternativo automático disponible.


HD 5980 y sus potentes chorros

Escrito por Enunlugarenelcosmos 17-03-2018 en ciencia. Comentarios (0)

El telescopio XMM-Newton de la ESA ha detectado cambios sorprendentes en los potentes chorros de gas que escapan de dos estrellas masivas.

Las estrellas masivas tienen una vida breve y turbulenta, durante la cual consumen con rapidez su combustible nuclear y expulsan grandes cantidades de material al exterior. Estos intensos vientos estelares pueden transportar en un mes el equivalente a la masa terrestre y desplazarse millones de kilómetros por hora, por lo que cuando dos de ellos colisionan, liberan enormes cantidades de energía.

En la imagen HD 5980, un par de estrellas masivas, cada una con una masa 60 veces mayor que la del Sol y separadas por tan solo 100 millones de kilómetros.

Crédito ESA