11.2 El orden desde la Termodinámica

OPINIONES

El orden desde la Termodinámica


RESUMEN: este es el primero de los artículos escritos sobre EL ORDEN. El tema es harto difícil por su enorme importancia, generalidad,y todo lo que su esencia implica. En este trabajo damos una definición general del mismo, especificamos su alcance y propiedades, e introducimos a partir de éstas una posible cuantificación.


INTRODUCCION

     Las cosas, especialmente las complejas, son más organización que sustanciación. O sea, deben más al orden de sus estructuras que a los elementos que la conforman. En fin de cuentas la materia está compuesta de unos pocos elementos que admitimos todos iguales. La organización de la materia admite dos órdenes, uno establecido a partir de relaciones espaciales o estáticas, que resulta característico de la sustancia misma, y da origen a todos los elementos químicos y a las diferentes moléculas y diversas sustancias, y otro orden temporal o dinámico que se establece a partir de una organización secuencial de una cadena de acciones. El primer orden es espacial el segundo temporal, estos son los únicos tipos de órdenes conocidos posibles y toda la complejidad del mundo se sustenta en su universo de posibilidades. Para algunos, el espacio es a DIOS como el cuerpo a nosotros, y el tiempo es su espíritu que compartimos como aliento de vida y fuente de nuestra conciencia.

 

¿QUE ES LA TERMODINAMICA?

 

  1. Relacionamos la Termodinámica en la técnica y la cotidianidad con los motores de combustión interna, con las turbinas y los cohetes, con las plantas de vapor, con automóviles, trenes, barcos y aviones, con la trasmisión de calor y la refrigeración; pero la Termodinámica es mucho más, ella gobierna todo el campo de la física y de la química, estableciendo condiciones para que se puedarealizar cualquier proceso, desde las reaccionesmás simples hasta las reacciones más complejas del campo de la biología.

 

  1. Porque la termodinámica se ocupa de la energía, de sustransformaciones y conservación, que es decir de todo cuanto ocurre en el universo. Porque todo cambio implica una o más transformaciones de la energía.

 

  1. Se considera la termodinámica como la parte de la física que a partir de la experiencia de los fenómenos macroscópicos estudia la energía, a través de su transferencia entre los diferentes modos en que ésta se presenta.

 

  1. En sus comienzos se centró en aquellos fenómenos, menos conocidos, en que intervenían en forma más destacada el calor y la temperatura. De allí su nombre, que hace referencia directa a la dinámica de los fenómenos térmicos.

 

  1. Calor y temperatura están presentes en todos los fenómenos, acompañados de algunas otras formas de la energía.

 

  1. El conocimiento de la termodinámica es básico en el estudio de los cambios de estados físicos que presenta la sustancia, así como también en los cambios químicos de la misma. La termodinámica es fundamental para el estudio de las transformaciones que puede presentar la materia.

 

  1. El estudio de los fenómenos a partir de la experiencia en el espacio tiempo que nos es propio, de acuerdo a los parámetros que se presentan en el mismo, y a partir de principios que la razón establece de la observación, se conoce como FENOMENOLOGÍA. La Fenomenología se establece fundamentalmente como un método filosófico. La termodinámica utiliza el método fenomenológico para las investigaciones de las cuales se ocupa.

 

  1. La Termodinámica clásica no se preocupa de la explicación mecánica, microscópica, de los fenómenos que estudia; pero sus principios y descubrimientos pueden ser esclarecidos de ese modo, y lo que es más, complementados, a través de La Teoría Cinética Molecular, una teoría DETERMINISTA, basadaen la mecánica clásica y que logra su justificación mediante el empleo de métodos estadísticos.

 

ALGUNAS CONSIDERACIONES Y DEFINICIONES QUE ES NECESARIO TENER EN  CUENTA

 

No es posible por la enorme generalidad de la termodinámica tratar algún asunto relacionado con la misma sin tener presente algunas definiciones, conceptos y principios en que la misma se sustenta.

A continuación,estableceremos lo que a nuestro juicio es lo más importante de la Termodinámica, desde el punto de vista epistemológico, relacionado con el concepto de ORDEN, que nos ocupa. Un estudio más pormenorizado de la misma puede encontrarse en La Termodinámica, de nuestro enfoque: El Universo en Busca de un Significado.

 

DEFINICIONES

 

ENERGIA

LA ENERGÍA ES ALGO QUE POSEE LA MATERIA Y QUE  DETERMINA SU CAPACIDAD PARA REALIZAR TRABAJO MECANICO. Esta definición, que dista de ser completa para un concepto tan abstracto y abarcador, la preferimos como comienzo por tocar sus aspectos más concretos.

Las formas de energía se dividen en dos grandes grupos: La energía cinética y la energía potencial. La energía es, siempre, algo que posee o está asociado a la materia. La energía cinética es la que posee un cuerpo en virtud de su velocidad y la energía potencial es la que posee en virtud de su posición. Posición y movimiento son conceptos relativos; por lo que el valor de energía que presente un cuerpo es siempre con relación a determinada referencia u observador.

 

ENERGIA INTERNA

Es la relacionada con el movimiento de las partículas de un sistema y sus interacciones. Incluyendo el movimiento y las interacciones de las partículas que constituyen las moléculas[1]. Lo que introducirá ocasionalmente la mecánica cuántica en la teoría cinética molecular(TCM).

La energía cinética ligada al centro de masas del sistema, o movimiento del sistema como un todo, y la energía potencial del sistema asociada a los campos externos, no forman parte de la energía interna. Todas las demás formas de energía cinética y potencial pertenecen a la energía interna.

     La energía interna se representa por U y su diferencial dU se considera positivo si la energía interna aumenta y negativo si disminuye.

 

CALOR

 EL CALOR ES ENERGÍA EN MOVIMIENTO,

TRANSFERENCIA DE LA ENERGÍA INTERNA

DE UN CUERPO A OTRO.

El calor es la energía, específicamente, en forma de movimiento molecular. Este movimiento solo se efectúa llevando energía del cuerpo con mayor temperatura, a un cuerpo que tiene una temperatura menor, por lo que termina al alcanzarse el equilibrio térmico, cuando los dos cuerpos se encuentran a la misma temperatura. El calor se conviene en tomarlo como positivo cuando se suministra al sistema y negativo cuando se extrae de él.

 

TEMPERATURA

La temperatura es un parámetro macroscópico que el hombre detecta en forma sensible pero poco precisa. Para establecer su medida en forma objetiva se utiliza una magnitud medible dependiente de la temperatura como la dilatación de un sólido o la expansión de un gas (termómetro de hidrogeno), u otros muchos.

Dado dos procesos que se efectúen a temperaturas constantes ej. Fusión del hielo y evaporación del agua se asignan valores arbitrarios de temperatura a la magnitud derivada medible ej. 00 C y 1000 C y se divide la escala de la magnitud medida en 100 partes iguales. Entonces la unidad de longitud de la escala representa 10 C de temperatura.

Desde la termometría y la termodinámica la temperatura parece tener un límite inferior y podemos establecer una escala absoluta de temperaturas conocida como escala termodinámica de temperatura en unos grados llamados Kelvin, de valor igual a los grados centígrados. La teoría cinética molecular (TCM) confirma esta suposición estableciendo el cero de la escala en el mismo valor.En la escala absoluta de temperatura el cero grados Kelvin está situado a -273. 13 grados centígrados.

Desde la TCM la temperatura es proporcional al valor medio de velocidad de las moléculas, y el cero absoluto es inaccesible; pero se considera una aproximación ilimitada al mismo. La temperatura termodinámica no puede ser negativa.

 

ENERGIA CINETICA

     Es la que posee un cuerpo en virtud de su velocidad. Para la partícula, a la que no se le considera rotación, o para el cuerpo que solo se traslada, es igual a la mitad del producto de su masa por su velocidad al cuadrado. Se representa por Ek

Ek=½ mv2

  

TRABAJO

EL TRABAJO ES TAMBIEN,

COMO EL CALOR,

ENERGÍA EN MOVIMIENTO.

 

Es por medio del calor y el trabajo

que la energía pasa de una de sus formas a otras,

o de uno a otro cuerpo

 

En la física se define el TRABAJO MECANICO como el producto de la proyección del módulo de la fuerza sobre el desplazamiento, por el módulo del desplazamiento. EL TRABAJO ES UNA MAGNITUD ESCALAR y se refiere a la fuerza que lo produce,representándose por la letra W.

 

W = F s cos ϑ = F * s

 

Donde el símbolo * significa producto escalar.

El trabajo de la fuerza neta que obra sobre la partícula en su desplazamiento es igual a ½ mv2. Este término se conoce como ENERGÍA CINÉTICA DE LA PARTÍCULA. Siendo el trabajo de la fuerza igual a la variación de energía cinética que experimenta la partícula cuando se mueve de la posición P1 a la P2 o sea Ek2 – Ek1.

 

El trabajo mecánico es una fundamental forma útil de aprovechamiento de la energía.

 

LA ENTROPIA

LA ENTROPÍA ES UNA FUNCIÓN DE ESTADO. Esto significa que cuando un cuerpo pasa de un estado A a otro B, el valor que toma la entropía depende únicamente del estado B y para nada de la forma en que se llegó a él desde A.[2]

Desde la termodinámica el aumento de entropía se interpreta como la medida en que un sistema pierde capacidad para convertir su energía en trabajo mecánico. Solo se miden variaciones de entropía y el valor de referencia puede ser cualquiera. En otras palabras,la entropía está relacionada con el aumento del equilibrio en el universo,o lo que es lo mismo, con la disminución del desequilibrio existente.

EL USO DESAFORTUNADO DE LAS PALABRAS DESORDENADO Y CAOTICO.

En la ciencia, al contrario de lo que sucede en el arte y en la mística, no debemos utilizar términos que sean fruto de impresiones exclusivamente sensoriales. El concepto debe canalizar la sensación por adecuados cauces lógicos que impidan la falta de coherencia en los elementos del conjunto teórico.

Por ello es inapropiado decir, desde la teoría cinética molecular, que el movimiento de las moléculas de un gas es desordenado porque se efectúa en cualquier dirección y con cualquier rapidez, cuando el propio modelo establece que las moléculas, que se consideran partículas, cumplen todas las leyes de la mecánica clásica. Una cosa es la falta de medios e incluso de sentido, para manejar la enormidad de datos involucrados, y otra la falta de causalidad. Es mediante las consideraciones de esta causalidad queel análisis estadístico puede abrirse paso y conducirnos a lo que observamos en la experiencia factual.

     Desde la física estadística Boltzman logra, a partir de la variedad de los micro estados posibles, una fórmula idéntica a la obtenida por la termodinámica para la entropía de los procesos reversibles. Pero mientras que en la termodinámica es obvia la interpretación del aumento de entropía como una medida de la incapacidad del aprovechamiento de la energía, Boltzman da una nueva y gratuita interpretación al relacionar el aumento de entropía con el desorden.Interpretación que “consideramos equivocada”. Podría haberlo hecho con la diversidad, y la diversidad no es falta de orden.

 

Podemos relacionar la entropía y su aumento con la variedad de microestados posibles, pero esto no es fruto de ningún desorden. Por el contrario

EL AUMENTO DE ENTROPÍA NOS CONDUCE HACIA UN ORDEN MAYOR.

Las propiedades de un cuerpo dependen grandemente de la temperatura de éste, especialmente a bajas temperaturas. A muy altas temperaturas la materia se presenta uniforme y poco orden puede establecerse donde todo es igual. A medida que la temperatura baja la diversidad aparece; pero la diversidad no es desorden sino progreso, avance sustentado, seguridad y poder.La vida es más segura y poderosa cuanto más diversa.

Por medio del desequilibrio, y a su costa, se alcanza la diversidad. En medio de un gran desequilibrio, con temperaturas extremadamente altas la materia solo se muestra en sus estados más primitivos. Las inmensas energías involucradas reparten el desequilibrio en la inmensidad del espacio. Al crecer su esfera de acción la temperatura baja y el desequilibrio repartido trabaja diversificando la materia. Y las partículas elementales ionizadas se convierten en átomos cada vez más complejos, los elementos forman moléculas simples y luego compuestas, surgen moléculas auto replicantes, la vida en sus formas más inferiores, para luego alcanzar la inteligencia y la conciencia,

Y CON ELLA, LA MATERIA ALCANZA

LA CAPACIDAD DE ACTUAR SOBRE SI MISMA

CON LIBERAL INTENCIONALIDAD.

AGREGA A LA CAUSA Y EL EFECTO,

LA CAPACIDAD DE ESCOGER LAS VÍAS DE DESARROLLO

EN EL MARCO DEL CONOCIMIENTO EXISTENTE.

A lo largo de todos estos procesos la energíapierde posibilidades de aprovechamiento que la entropía muy bien nos señala a niveles locales; pero acaso en este desarrollo ascensional de la materia puede sostenerse que la misma marcha hacia un mayor desorden. Es evidente que el aumento de entropía nos señala un mayor orden de acuerdo a lo que hemos definido como tal.

El universo busca un mayor orden que parecería estar finalmente en la pérdida del desequilibrio, en el reposo, el desarrollo del espíritu, esto es lo que implica un aumento de la entropía. La entropía está relacionada con el equilibrio y el orden.

     Sin embargo, a través de la gravitación, actúa la única fuerza que se retroalimenta, de manera esencial, positivamente, el desequilibrio retorna y la dinámica del mundo se sostiene. El polvo estelar se concentra y aquí y allá se forman nuevos soles.

     Si consideramos EL UNIVERSO EN SU TOTALIDADcomo lo único existente, LO UNO, técnicamente el mismo habría de considerarse como un sistema aislado[3], y sus procesos internos guardan puntos de contacto con un sistema adiabático. Su expansión se realizaría a expensas de su energía interna, que al ir disminuyendo en el tiempo retardaríala velocidad de expansión hasta prácticamente anularla[4].Como por otra parte la gravitación está siempre actuando y reforzándose finalmente en algún momento su efecto se sobrepondría a la expansión y el universo comenzara a contraerse. La entropía generada por la expansión se compensa con la debida a la disminución de temperatura y viceversa en la contracción. El sistema se comportaría en forma muy semejante a un sistema que describe un movimiento armónico simple.EsteUNIVERSOpulsante es congruente dentro de la física clásica[5].

LA MATERIA TIENDE HACIA EL EQUILIBRIO.

Él equilibrio es la ausencia de fuerzas no compensadas que obligan al movimiento,

y por tanto el cese del movimiento y cualquier cambio.

EL EQUILIBRIO ES EL REPOSO.

Esta tendencia es producto de la realimentación negativa que acompaña la casi totalidad de los fenómenos naturales. 

El cese del movimiento o cambio, visto desde la termodinámica,se estimó que se alcanzaría en el cero absoluto de temperatura, donde cesaría hasta el movimiento térmico de las partículas elementales.Situación que tiende a alcanzarse debido a que toda transformación de una forma de energía en otra va siempre acompañada de la transformación de una parte de dicha energía en energía calorífica, y a el intercambio de la misma entre los diferentes cuerpos debido a la diferencia de temperaturas, que no cesa hasta su total equilibrio.

Pero esto no es garantía de alcanzar un cero absoluto en la totalidad de la sustancia del universo, El cero absoluto de temperatura para la totalidad del universo constituiría una trampa de la cual sería imposiblesalir. Con razón dicha posibilidad se conoce como muerte térmica del universo.

RAZÓN FUNDAMENTAL PARA QUE ESTO NO OCURRA ES EL DESEQUILIBRIO PERMANENTE

QUE INTRODUCE LA GRAVEDAD EN EL MUNDO.

 

RETROALIMENTÁNDOSE POSITIVAMENTE

LA GRAVEDAD ACTÚA CONSTANTEMENTE

CON FUERZA CADA VEZ MAYOR.

 

LA FUERZA AGLUTINADORA DE LA GRAVEDAD

POR COMPRESION ELEVA LA TEMPERATURA

Y CONVIERTE EL POLVO CÓSMICO EN ESTRELLAS

ESTABLECIENDO NUEVOS DESEQUILIBRIOS.

 

EL UNIVERSO ESTÁ PLAGADO

DE SEMILLAS DE AGUJEROS NEGROS,

TRAMPAS DE TODA MASA QUE SE LES ACERQUE,

QUE NECESARIAMENTE,

NO PUEDEN AUMENTAR INDEFINIDAMENTE

Y FINALMENTE ESTALLARAN.

A TRAVÉS DE SU TRABAJO DE COMPRESIÓN

LA GRAVITACIÓN AUMENTA LA ENERGÍA INTERNA

DE LA SUSTANCIA

Y ELEVA SU TEMPERATURA.

LA GRAVITACIÓN PARECERÍA SER

UN AGENTE INAGOTABLE DE CONCENTRACIÓN

DE LA MATERIA Y LA ENERGIA.

QUE COMO TODA REALIMENTACIÓN POSITIVA

CONDUCE A UN ROMPIMIENTO EXPLOSIVO

DE LAS CONDICIONES QUE LE PERMITÍAN ACTUAR,

DEBIDO AL CRECIMIENTO INCONTROLADO

DE ALGÚN PARÁMETRO INVOLUCRADO.

FUERZAS Y TEMPERATURAS

SE HACEN DEMASIADO GRANDES

DANDO LUGAR A UNA EXPLOSIÓN

QUE VUELVE A SITUAR UN ENORME DESEQUILIBRIO

EN EL UNIVERSO,

ESTE DESEQUILIBRIO INSTALARÁ

UN NUEVO COMIENZO DE CAMBIOS

Y DE BÚSQUEDA DE LA DIVERSIDAD.

Y SE REPETIRÁEN ESENCIA

LA MISMA OBRA

CON OTROS DECORADOS Y OTROS ACTORES.


[1] partículas elementales. 

[2]El concepto de función de estado es muy importante y no insistimos más en él porque nos apartaría del tema. El mismo puede verse en la parte  II de EL UNIVERSO EN BUSCA DE UN SIGNIFICADO.

[3]Un sistema aislado es aquel que no intercambia ni materia ni energía fuera del mismo.

[4]La expansión del universo, que aumenta con la distancia a nosotros, es en sus fronteras,la presente en el comienzo del BIG-BANG, la expansión actual es la del aquí-ahora, y naturalmente en aras de desaparecer.

[5] La relatividad general lo admite, sujeto a ciertas condiciones de la cantidad de sustancia total del universo. 

 


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