Los «Sistemas Termodinámicos» y el concepto de «Entropía»

por Sebastián Mas

Introducción

A continuación ofrecemos algunas descripciones y definiciones de los sistemas termodinámicos y la relacion que tienen el concepto de entropía y la teoría de la información de Claude Shannon.

Sirva esto como una ayuda de lectura para seguir la estructura de nuestro texto sobre «La Mecánica Surrealista», publicado en la revista digital Devenir 111. Este ensayo surrealista funciona como ejercicio para pensar desde una especie de eslabón perdido entre la teoría freudiana y la teoría lacaniana, como una especie de psicología que plantea sus dilemas a la altura de los relativismos a los que la ciencia ha sido llevada por la física y la matemática.

A) ¿Qué es una ligadura?

En Termodinámica, una ligadura es una pared que permite controlar el tipo de procesos que pueden ocurrir y los estados de equilibrio que se pueden dar. También se conoce esta clasificación bajo el nombre de «sistemas termodinámico»

Hay 3 tipos de ligaduras para considerar:

1- Aislada: Esta clase de ligadura no permite el intercambio de ningún tipo entre los micro-estados en un macro-estado dado. Es aislante e impermeable, y por lo tanto, el equilibrio que alcanzan es independiente de lo que sucede entre los micro-estados

2-Cerrada: Permite el intercambio entre micro-estados, pero en un solo sentido (de calor a frío). Es conductora pero impermeable, por lo tanto, el equilibrio depende de uno de los micro-estados con respecto a los demás.

3-Abierto: La pared es conductora y permeable, por lo tanto, el equilibrio es arbitrario con respecto al intercambio que se produce entre los micro-estados.

B) Información y Entropía

Con respecto al concepto de entropía y su relacion a la teoría de la información abordaremos algunas nociones básicas de Claude Shannon como «ignorancia» y «certeza».

Cuando nuestra ignorancia incrementa, las fuentes de información de los micro-estados se vuelven independientes respecto de lo que sucede en el macro-estado. Es por eso que la suma de los valores de los distintos microestados aporta información nueva al conjunto. Desde el punto de vista de esta teoría, solo hay información cuando hay datos o relaciones nuevas, es decir, cuando hay ignorancia.

Cuando nuestra certeza incrementa, las fuentes de información de los micro-estados dependen de lo que sucede en el macro-estado en su totalidad -sin tener en cuenta sus pequeñas variaciones-. Es por eso que la suma de estos valores resulta ser redundante, dado que la totalidad del macro estado no aporta información nueva. Sino se aporta información nueva, entonces estamos en presencia de un estado de certeza.

1- ¿Qué es un micro-estado?

Los micro-estados son los constituyentes atómicos de un macro-estado termodinámico, y la Mecánica Estadística se encarga de estudiar las configuraciones de estos micro-estados que muchas veces se desdeñan a la hora de estudiar el macro-estado en el que se encuentran.
Esto es porque la termodinámica aspira a estudiar la totalidad del fenómeno, solo se enfoca en el equilibrio que alcanza el macro-estado, lo cual no le permite abordar los constituyentes básicos de esos fenómenos.

2- ¿Qué es un macro-estado?

Los macro-estados representan la totalidad de los constituyentes atómicos. En Física, la diferencia entre el estado de los constituyentes y su respectivo macro-estado nos proporciona una medida de información: ¿Cuánto ignoramos de lo que sucede en los micro-estados de un macro-estado?

Cuantas menos diferencias veamos entre los estados, nos inclinaremos a pensar que hemos llegado a una certeza en cuanto al fenómeno que estudiamos. Pero, cuantas mas diferencias podamos observar, nos inclinaremos a pensar que hay muchas condiciones que ignoramos y que deberíamos seguir estudiando.

En el caso de la derecha, de acuerdo a la Entropía de la Información, el cubo Rubik tiende hacia un estado que se conoce como certeza absoluta: mientras menos diferencias observemos, menos información tenemos que procesar de los procesos que ocurren.
El caso de la izquierda tiende a la máxima ignorancia: mientras mas diferencias observemos, mas información tendremos de los procesos.