Tesalia

Lunes, 11 de abril de 2005

El demonio de Maxwell

La segunda ley de la termodinámica dice que la entropía total de un sistema aislado aumenta. La interpretación
estadística de la termodinámica observa que la entropía siempre aumenta, pero en valor medio, ya que en incrementos de tiempo pequeños la entropía tiene fluctuaciones y disminuye momentáneamente (lo que haría casar a la biología y a la segunda ley, que siempre andan en guerra).
Maxwell propuso un experimento pensado para ilustrar las limitaciones de la segunda ley, enfatizando que es un principio estadístico, de aquí surge el demonio de Maxwell, apareciendo por primera vez en 1871 en el libro Theory of Heat, en la sección Limitación de la Segunda Ley de la Termodinámica

El experimento consiste en lo siguiente:
Tenemos una caja llena de gas a temperatura constante, las velocidades de las moléculas no son constantes aunque la velocidad media se mantiene constante para un número grande de ellas, dividimos en dos la caja con una pared con una pequeña puerta, quedando V1 y V2 (supondremos la puerta como ideal, sin fricción, no realiza trabajo) en esa puerta se haya un demonio a tamaño molecular capaz de distinguir entre las moléculas rápidas de las lentas. Dicho demonio abre y cierra la puerta a conveniencia con tal de dejar pasar las moléculas rápidas a un lado y las lentas al otro, de esta forma separa las lentas y las rápidas en V1 y V2 respectivamente. Lo que disminuye la temperatura en V1 y aumenta la de V2 sin realizar trabajo, lo que viola la segunda ley, ya que la entropía disminuye.

Para la solución de este problema primero se propuso el modelo de Szilard, en la que propone que las mediciones hechas por el demonio están asociadas a un aumento en su entropía, lo cual salvaría la segunda ley. Después esto se refuto argumentando que en el proceso de información la energía no aumentaba. Entonces se propuso el modelo de Lauder, que es el vigente en la actualidad, en el cual se propone que seria en el proceso de borrado de información del demonio en el que aumentaría la entropía, ya que cuando se borra un bit de información aumenta la entropía del ambiente por lo menos en kln2.

De todas maneras el exorcismo del demonio aún no es definitivo, ya que están naciendo nuevas aplicaciones para el puzzle del demonio de Maxwell como en termodinámica de agujeros negros y economía, estudiando eficiencia de mercados.

Si queréis jugar a ser el demonio probad aquí.

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