Entropía

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A priori, la palabra en sí misma suena algo compleja, ¿no? Es uno de esos términos que sin duda alguna vez escuchamos pero que no estamos del todo seguros qué significa.

En éste artículo voy a descomponer su definición para explicarlo de la forma más sencilla posible.

La entropía es uno de los fenómenos físicos más generales e interesantes del universo, ya que define el comportamiento de la materia y la energía en todas sus escalas; desde la interacción entre átomos, hasta el comportamiento del universo como un todo.

La palabra entropía proviene del griego (ἐντροπία) que significa evolución, transformación. Particularmente, me gusta definirla como la tendencia natural a que las cosas estén en equilibrio. Y dentro de esta definición hay mucho por descubrir. Veamos.

Si hablamos de tendencia, es porque tiene una relación directa con el tiempo; una magnitud física tan importante como misteriosa a la vez. Y es que nadie, ni los físicos más renombrados del mundo, sabe a ciencia cierta qué es el tiempo. Sólo podemos conocer y experimentar sus efectos. ¿Qué es lo que sí sabemos hasta ahora? Bueno... sabemos que el paso del tiempo es flexible, que no es un ritmo constante sino que puede acelerarse o detenerse -en función de la gravedad y la velocidad relativa- pero que no puede revertirse. Jamás.

Ese sentido de dirección, esa flecha hacia adelante que parece ser la única constante del propio tiempo, es en lo que se basa la entropía. Con el paso del tiempo, las partículas con mayor energía irán cediendo parte de ella, mientras que otras partículas con menor energía irán absorbiéndola, hasta que todo el sistema quede en un estado de equilibrio, de homogeneidad, de desorden.

¡Atención! No confundir orden como sinónimo de equilibrio. Es todo lo contrario. Un sistema en equilibrio está desordenado; donde todas sus partículas están mezcladas aleatoriamente y presentan el mismo grado de energía. En cambio, un sistema ordenado tiene sus partículas agrupadas en distintos estados bien definidos y distintos entre sí. ¿Se entiende?

Por ejemplo, si aislamos el ambiente y sólo observamos un vaso de agua líquida con un cubito de hielo en su interior, estamos en presencia de un sistema cerrado heterogéneo donde existe cierto tipo de orden entre sus moléculas. Por un lado, están las moléculas de hielo en un estado de menor energía; y por otro lado, están las moléculas de agua a una mayor temperatura y por lo tanto con mayor energía. A medida que transcurra el tiempo, veremos que ambos estados tenderán a equilibrarse hacia un estado más homogéneo, desordenado, en donde todas las partículas tengan la misma cantidad de energía.

Ordenar requiere esfuerzo. Para mantener un estado heterogéneo en un sistema, es necesario aportar energía externa al mismo. En el ejemplo anterior, si quisiéramos mantener el orden de las moléculas deberíamos enfriar el cubito en un congelador; lo cual consume energía eléctrica y genera calor en el motor, aumentando así la entropía de un sistema mayor. Como ven, el nivel de desorden general no sólo no se mantuvo, ¡sino que aumentó! Siempre aumenta; esa es la regla. La naturaleza tiende a la máxima entropía.

La esencia de la entropía tiene mucho que ver con las probabilidades. ¿Cómo es que la naturaleza "sabe" qué estado es más desordenado que otro? Si lo vemos desde el punto de vista estadístico, la respuesta es clara: hay muchísimas más formas de desordenar un conjunto de cosas que de ordenarlo.

Así es que al mezclar café con leche, por ejemplo, es (casi) imposible que permanezcan ordenados en dos mitades de la taza. Pues existe una sola forma posible de ordenar las moléculas para lograr ese estado, mientras que existen otras infinitas formas de ordenar las moléculas para obtener café con leche uniformemente mezclado.

Ahora que entendemos el concepto, veremos que está íntimamente relacionado con la segunda ley de la termodinámica, que enuncia que en cualquier sistema cerrado (sin intervención externa) la entropía puede mantenerse o aumentar, pero nunca disminuir.