[escepticos] Re: entropia

["Miguel A. Lerma" <mlerma@...>]

 > Hay una pregunta en el libro "Física" de Halliday y Resnick (capítulo
 > 25, sección preguntas, pregunta 29). Dice:
 >
 > "¿Se puede utilizar en todo el universo la termodinámica terrestre, que
 > sabemos se aplica a cuerpos limitados y aislados?. De ser posible, ¿está
 > limitado el universo y respecto a qué está aislado?".
 >
 > ¿Qué respuesta darías?.

No tengo el libro a mano y no puedo leer el capitulo en cuestion, 
en el que probablemente habra pistas suficientes para dar la respuesta 
deseada por los autores. Pero en mi opinion la respuesta depende 
del modelo de universo que utilices y de la definicion precisa 
de los conceptos.

En un universo curvo, finito, aproximadamente uniforme y sin 
singularidades (agujeros negros) salvo por el Big Bang inicial 
y el posible Big Crunch final, el primer problema seria determinar 
un corte espacial tridimensional al cual identificar con el 
"ahora" (ya que la simultanedad es relativa). El marco de las 
estrellas "fijas" puede brindar un sistema de referencia (o mas 
bien un conjunto de sistemas de referencia) sobre el que definir 
una simultaneidad universal. Este universo seria "ilimitado" en 
el sentido de que carece de bordes, pero finito. Seria tambien 
"aislado" en el sentido de que no intercambia energia o materia 
con algun otro sistema fuera de el, pero no estaria "aislado 
respecto" a nada, estaria simplemente "aislado", punto.  En 
principio no veo por que no se podria aplicar la termodinamica 
convencional a un universo de estas caracteristicas, salvo 
por la necesidad de algunas correcciones relativistas. Por 
ejemplo en relatividad general es mas conveniente considerar 
la masa-energia como una especie de fluido continuo en vez de 
una nube de particulas puntuales, y representar sus propiedades 
dinamicas con el tensor energia-impulso.

Si aceptamos la existencia de agujeros negros, las cosas se 
complican, porque el universo deja de ser "ilimitado" y 
"aislado". Las singularidades representan verdaderos "bordes"
del universo, y la materia-energia que engullen deja de estar 
a nuestro alcance y en cierto sentido "desaparece" de nuestro 
universo.  Sin embargo, a pesar de la complicacion a~nadida, 
existe una termodinamica de agujeros negros, que como dije en 
otro mensaje, es hoy un tema candente. No tengo idea, sin embargo, 
de como encaja la termodinamica de los agujeros negros en el 
estudio del Big Bang y el Big Crunch, los cuales solo podran 
empezar a comprenderse cuando se desarrolle una adecuada teoria 
cuantica de la gravitacion. Las leyes fisicas que conocemos son 
probablemente manifestaciones superficiales de las leyes mas 
profundas que gobiernan el comportamiento del "tejido" del universo 
en las condiciones extremas del Big Bang y el Big Crunch. Desentra~nar 
dichas leyes sera comenzar a comprender como el universo empezo a 
existir, y como quiza llegara a desaparecer.

Hay otros posible modelos que probablemente tambien admitirian 
el desarrollo de una posible "termodinamica del universo". 
En cualquier modelo donde sea posible hablar del "estado del 
universo" en un determinado instante, y se puedan desarrollar 
los conceptos de macroestado y microestado, los principios de 
la fisica estadistica se podran aplicar, y en el seria posible 
desarrollar una termodinamica. 

De hecho los modelos habituales de evolucion del universo 
acostumbran a usar parametros termodinamicos: el universo tiene 
una determinada masa-energia, temperatura, etc. Por ejemplo, la 
temperatura actual del universo es 2,7 K (la que corresponde 
a la radiacion de cuerpo negro de fondo), y por ahora se esta 
enfriando a causa de su expansion. Si es cierto que la entropia 
del universo aumenta con el tiempo, y si alguna vez llegara a 
contraerse, podemos esperar que el universo se torne mas caliente 
de lo que era en los momentos correspondientes de la fase de 
expansion.  Una parte de la energia que durante la expasion se 
invertia en movimientos de traslacion, se habra convertido en 
calor durante la fase de contraccion.


Miguel A. Lerma