|
Consideremos
un sistema físico compuesto por una caja que tiene dos compartimentos
separados por una pestaña deslizante. Inicialmente, en el
sistema hay 20 partículas en el lado izquierdo y ninguna
en el derecho (3-a).
Figura (3)
Las
probabilidades de que, al retirar la pestaña, el número
de partículas en el lado izquierdo disminuya espontáneamente
y fluctúe entorno a 10 partículas son abrumadoras
(3-b).
Y al
contrario, si se comienza mirando el sistema de partículas
de la caja cuando hay 10 partículas a cada lado (4-a), la
probabilidad de que veas cómo se introducen espontáneamente
todas las partículas en uno de los lados es prácticamente
nula (4-b).
Figura (4)
¿Por
qué los estados de muchas partículas exhiben esta
tendencia hacia el desorden?
En
este último caso, es poco probable que se metan las 20 partículas
en un lado porque el sistema tiene un gran número de estados
intermedios igualmente probables para la situación "10
partículas en cada lado" y sólo un estado en
el que hay "20 partículas en un lado".
Este
se debe a que todas las partículas son iguales e indistinguibles.
No importa qué partícula en concreto está entre
las 10 que hay en el lado izquierdo, de modo que hay muchas formas
de distribuir las partículas. Por ejemplo, para hacerlo más
visual, si etiquetamos cada partícula con un número,
todos los siguientes estados tienen la misma probabilidad:
Figura (5)
Cada
uno de estos estados se denomina "microestado" porque,
aunque el número de partículas en cada uno de los
lados es siempre el mismo, son diferentes porque cada partícula
en cada lado es diferente. Todos ellos tienen la misma probabilidad
porque todos estos microestados son virtualmente iguales.
Al hecho genérico de que haya "10 partículas
a cada lado" se le denomina "macroestado".
Por
eso podemos decir que hay muchos microestados asociados al macroestado:
"10 partículas a cada lado" y sólo un microestado
asociado al macroestado: "20 partículas en un solo lado".
En este último caso sólo hay una posibilidad: que
todas las partículas estén en el mismo lado.
La
probabilidad de que ocurra un macroestado es proporcional al número
de microestados asociados que tiene, por eso el macroestado de tener
"10 partículas a cada lado" es mucho más
probable que el macroestado de tenerlas todas en el mismo lado.
De
hecho, el macroestado de tener "10 partículas a cada
lado" es el macroestado con el mayor número de microestados
de todos los macroestados posibles, es el macroestado de probabilidad
más alta.
El
macroestado del sistema con la mayor probabilidad se llama "macroestado
de equilibrio" y éste es el estado al que tiende un
sistema de forma natural.
En
este sentido, la tendencia al desorden es una consecuencia de las
leyes de probabilidad.
Como
dijimos antes, el macroestado más probable es el que tiene
mayor número de microestados, pero es también el que
tiene mayor desorden.
|
