¿Puede un sistema tener entropía negativa?

La entropía $ S $ de un sistema está relacionada con el número de posibles microestados $ \ Omega $ que un sistema puede adoptar de la siguiente manera:

$$ S = k_B \ log \ Omega $$

Tenga en cuenta que $ \ Omega $ siempre debe ser un número entero, y siempre debe ser al menos 1; por lo tanto, $ S $ siempre es mayor o igual a cero.

En el caso de entropía cero, el objeto es un cristal perfecto a temperatura cero, que solo tiene un microestado posible. (Por lo tanto, la definición anterior es posible gracias a la Tercera Ley de la Termodinámica). Cualquier otra situación tiene más de un microestado posible, por lo que la entropía debe ser mayor que cero.

Comentarios

• ¿Podemos correlacionar la entropía con aleatoriedad?
• Suponiendo una distribución de probabilidad uniforme del sistema en cualquier microestado, entonces sí, el » la aleatoriedad » de un sistema está relacionada con su número total de microestados y, por lo tanto, con la entropía.
• Sabemos lo que sucedió en el cero absoluto, pero lo que sucederá por debajo de 0K
• Depende de su definición de temperatura. Si lo relaciona con la energía cinética promedio de las partículas, entonces es imposible, ya que la energía cinética siempre es positiva. Si define la temperatura como 1 / (la cantidad de entropía agregada al sistema cuando se agrega una determinada cantidad de energía), entonces son posibles temperaturas negativas en sistemas que se vuelven más ordenados (es decir, tienen menos microestados) cuando se agrega energía. Sin embargo, la mayoría de los ejemplos prácticos de tales sistemas son generalmente bastante calientes, por lo que esta noción de temperatura no es intuitiva.
• Si existe un límite superior en la cantidad de energía que una partícula puede tener, entonces agregar energía un sistema pasa un cierto punto sirve para empaquetar más y más partículas en (para bosones) el estado de mayor energía, o (en el caso de los fermiones) el estado de mayor energía disponible. Un grupo de partículas degeneradas indistinguibles (en el caso de los bosones; en el caso de los fermiones, un grupo de partículas indistinguibles que están esencialmente encerradas en un estado de energía) es mucho menos aleatorio que un grupo de partículas que tienen muchos estados de energía posibles. Por lo tanto, los estados de mayor energía tienen menos entropía.

Creo que lo que quieres decir es que la entropía no cambia para procesos reversibles, pero aumenta para procesos irreversibles. En este sentido, su pregunta sería si la entropía de un sistema puede disminuir. ¡Sí, absolutamente! La entropía puede disminuir para un sistema que no está cerrado. Por ejemplo, la Tierra recibe la energía solar del Sol y se disipa en el espacio como calor. La entropía de todo el sistema (cerrado) (Sol, Tierra y espacio) siempre aumenta. Sin embargo, la entropía en la Tierra por sí sola puede disminuir. La entropía a menudo se denomina como medida del caos, el orden sería lo opuesto a la entropía. En este sentido, la vida biológica y la evolución representan una materia altamente organizada y, por lo tanto, una baja entropía. Tal reducción de la entropía como el surgimiento de la vida y su evolución en la Tierra fue posible exactamente porque la Tierra sola no es un sistema cerrado, sino un conducto de un tremendows aumento de la entropía de la energía solar disipándose en forma de calor. Sin este aumento constante de entropía, la vida en la Tierra sería imposible. Es exactamente el aumento de entropía en todo el sistema lo que permitió que la entropía en la parte del sistema disminuyera, produciendo así vida, evolución y, en última instancia, inteligencia.

Comentarios

• Incluso en un sistema cerrado, la entropía puede disminuir. Simplemente elimine el calor de un cuerpo, por ejemplo.
• @Chester Miller: ¿Podría proporcionar un enlace o referencia a la idea de que la entropía de un sistema cerrado puede disminuir?
• Bueno , cada libro de texto de termodinámica tiene la ecuación $ dS = dq_ {rev} / T $. ¿Qué concluiría si le dijera que $ dq_ {rev} $ es negativo para un proceso en particular (como la compresión isotérmica de un gas ideal o el enfriamiento de un sólido)?
• @Chester Miller: Sus ejemplos son no sistemas cerrados y no responden a mi pregunta. No estoy pidiendo ideas ni conclusiones. Le pregunto si puede proporcionar una referencia que indique específicamente que » la entropía de un sistema cerrado puede disminuir «.La razón por la que pregunto es que tal sistema violaría la ley del aumento de entropía en un sistema cerrado y no ‘ no he oído hablar de ninguna violación de esta ley. Entonces, si tiene alguna referencia real (además de sus propias deducciones), ‘ estaría interesado en aprender.
• Creo que tenemos un problema de terminología aquí. Cuando un físico habla de un sistema cerrado, lo que quiere decir es uno en el que no hay intercambio de masa, calor o trabajo con el entorno; esto es lo que los ingenieros llamamos un sistema aislado . En ingeniería (y en la mayoría de los libros de termografía), un sistema cerrado es aquel en el que no hay intercambio de masa con el entorno; Se permite el intercambio de calor y trabajo. Consulte el siguiente vínculo: google.com/…

Sí. Invierta la velocidad de todas las partículas del universo y la entropía solo bajará.

https://youtu.be/yRvbEoHHx4M?t=39m14s

Comentarios

• ¿Puedes describirlo con más claridad?
• [link] ( youtu.be/yRvbEoHHx4M?t=36m42s )
• @safesphere Entonces, ¿por qué el pasado tenía una entropía más baja que ahora? ¿Estás sugiriendo que el pasado no ‘ ni siquiera existe?
• @safesphere Si el sistema aislado siguió leyes deterministas, entonces invertir las velocidades de todas las partículas en ese de hecho, el sistema haría que la entropía solo bajara. Pero nuevamente, eso requeriría que el sistema aislado sea perfectamente determinista.