No lo hace.
Desearía poder retroceder en el tiempo y vencer al primer tipo que usó el “desorden” como metáfora de la entropía sobre la cabeza con una vejiga de cerdo inflada. No está exactamente mal, pero es una de las metáforas más engañosas de toda la ciencia. La entropía es un concepto sutil y complejo que es muy difícil de entender. Hay miles de formas de hablar sobre la entropía. Aquí hay uno que está bastante cerca del hueso.
Tome una taza de agua caliente y ponga unos cubitos de hielo. Espere. El hielo se derretirá y tendrás una taza de agua tibia. Ahora espera un poco más. No volverá espontáneamente a hielo y agua caliente. De hecho, si espera lo suficiente, la taza de agua tendrá la misma temperatura que la habitación.
Puedes encontrar un número para una cantidad llamada temperatura del hielo y el agua, y también puedes hacerlo para el agua tibia, ¿verdad? La entropía es otro número que puedes calcular para la taza antes y después, y descubres que el número es mayor para la taza de agua tibia. Usted encuentra que el número siempre aumenta, al menos para algo lo suficientemente grande como para que las estadísticas funcionen, siempre que tenga en cuenta todo lo importante. Esto es lo que llamamos un sistema cerrado (aunque ese término puede tener otros significados técnicos ligeramente diferentes).
Pero espera un minuto. ¿De dónde sacaste el hielo? Del congelador, que tomó agua tibia y la convirtió en hielo. Es lo contrario. ¿Eso significa que la Segunda Ley de la Termodinámica contradice su congelador? ¡Un milagro! Bueno no.
Si tiene algo con una temperatura alta y algo con una temperatura baja, el calor fluirá de la temperatura alta a la temperatura baja y no al revés. Es más exacto decir que fluye más calor de la temperatura alta a la baja que al revés, simplemente porque hay más temperatura en un lado para empujarlo.
El calor es solo el movimiento de cosas muy pequeñas, como las moléculas que rebotan. Cuando el calor fluye en una dirección, más de ellos van en esa dirección. Puedes usar ese flujo para impulsar algo grande. Eso se llama “trabajo”. Entonces, por ejemplo, puede usar vapor caliente en una máquina de vapor para empujar un pistón y usar eso para girar un eje.
Ahora tienes algo grande en movimiento. Como puedes usar el calor que fluye para empujar algo grande, deberías poder hacerlo hacia atrás, usando algo grande para empujar el calor, ¿verdad? Por supuesto que puedes, y eso es lo que hace tu refrigerador. Expulsa el calor del compartimento del congelador y lo empuja hacia la habitación. Lo hace con el trabajo de un compresor giratorio, impulsado por la electricidad que entra por la pared en un motor. Técnicamente, eso lo calienta, luego se enfría a la habitación, luego se expande y se enfría mucho, y el calor fluye desde el congelador hacia él. Sin embargo, el resultado neto es empujar el calor del congelador a la habitación, haciendo que esté frío.
La segunda ley de la termodinámica establece límites de eficiencia en este proceso. Si abrió la puerta del congelador, la combinación del congelador y el aire caliente que sale del respiradero, en conjunto, hará que la habitación esté más caliente. Lo que tiene sentido, porque hay electricidad entrando por la pared, y su energía tiene que ir a algún lado. Pero no se contradice con el trabajo del flujo de calor (un motor térmico) ni con el flujo de calor del trabajo (un motor térmico inverso). De hecho, un universo para el cual se aplica la Segunda Ley es necesario para poder hacerlo en primer lugar. (Así que no compre esos aires acondicionados portátiles que se sientan completamente con una habitación sin ventilar el aire caliente del exterior y espere que enfríe toda la habitación. En su lugar, obtenga un ventilador).
Para un motor de calor hacia adelante, la Segunda Ley dice que para una fuente determinada y una temperatura de sumidero, solo puede hacer tanto trabajo, y habrá una cantidad máxima de calor que puede usar para hacer el trabajo, y el resto es calor residual. Eso se llama la eficiencia de Carnot. Por supuesto, es inalcanzable, porque es cuando el cambio de entropía es cero y la entropía siempre aumenta. La eficiencia real será menor que eso. Los motores que podemos hacer son bastante buenos para obtener una parte apreciable de la eficiencia de Carnot. (Por lo tanto, no compre esos widgets que se supone que hacen que su automóvil funcione con una eficiencia del 90%).
(Como comentario aparte, nuevamente gracias a nuestro amigo la Segunda Ley, puede obtener más eficiencia al aumentar la temperatura de la fuente o bajar el fregadero, pero no hay mucho más bajo para ir. Eso aumenta la eficiencia de Carnot en sí. Los motores de los automóviles son más eficientes que las máquinas de vapor con pistones, porque hace más calor. Las turbinas de vapor son geniales, porque puede estar muy caliente. Si alguien pudiera descubrir cómo fabricar motores de automóviles con cerámicas que no necesitan aceite, podrían calentarse mucho, y ellos ‘ sería mucho más eficiente). Un motor térmico producirá una cierta cantidad de calor residual, que es la forma en que funciona el calentador del automóvil. Simplemente deja que parte del calor que de otro modo saldría del tubo de escape hacia la cabina.
Entonces, tenemos motores de calor. Debido a que el calor es solo el movimiento de pequeñas cosas, podríamos llamarlas motores de movimiento. También podemos mirar los motores de información. Deberíamos poder intuir esto, porque podemos escribir todos estos números sobre el sistema, y los números tienen que funcionar como lo hace el sistema, o de lo contrario no podríamos medirlos. El verdadero trabajo duro en esto fue hecho por Claude Shannon a mediados del siglo XX. Hay una historia de que estaba buscando un nombre para describir esta cantidad que había descubierto. Alguien le sugirió que lo llamara “entropía” porque nadie sabía realmente qué demonios era la entropía, por lo que nadie podía decirle que estaba equivocado. Si la historia es cierta, resultó ser correcta.
Un motor de información es una computadora. Empuja la información en una dirección en la que normalmente no fluiría, y utiliza electricidad para hacerlo, y por eso se calienta. Tu cerebro es otro. Quema glucosa y oxígeno, y se calienta.
Otro es la evolución. Por supuesto, obtiene energía del sol y también de productos químicos que se descargan en las profundidades del mar. La mayoría de la gente menciona esto. Lo que no suelen mencionar es que hay algo más básico que la Segunda Ley. Si un motor térmico tiene algo de calor residual, entonces un motor de información debería tener algo de información residual. Ahi esta. En la evolución, es toda la información en las poblaciones y especies que simplemente no lo logró. Eso es lo que hace la selección natural. Debido a la Segunda Ley, sabemos que el aumento de la entropía por selección es necesario para que la evolución funcione.
En lugar de afirmar que la Segunda Ley contradice la evolución, deberíamos alegrarnos de que se aplique tan bien. La Segunda Ley describe lo que finalmente impulsa el motor de la evolución y, de hecho, toda la vida.