Desde finales del siglo XIX, Los físicos han sabido que la transferencia de energía de un cuerpo a otro está asociada con la entropía. Rápidamente quedó claro que esta cantidad es de fundamental importancia, y así comenzó su ascenso triunfal como una cantidad teórica útil en física, química e ingeniería. Sin embargo, a menudo es muy difícil de medir. El profesor Dietmar Block y Frank Wieben de la Universidad de Kiel (CAU) ahora han logrado medir la entropía en plasmas complejos, como informaron recientemente en la reconocida revista científica Cartas de revisión física . En un sistema de micropartículas cargadas dentro de este gas ionizado, los investigadores pudieron medir todas las posiciones y velocidades de las partículas simultáneamente. De este modo, pudieron determinar la entropía, como ya lo describió teóricamente el físico Ludwig Boltzmann hacia 1880.

Sorprendente equilibrio termodinámico en plasma

"Con nuestros experimentos, pudimos demostrar que en el importante sistema modelo de plasma complejo, se cumplen los fundamentos termodinámicos. Lo sorprendente es que esto se aplica a las micropartículas en un plasma, que está lejos del equilibrio termodinámico, "explica el estudiante de doctorado Frank Wieben. En sus experimentos, puede ajustar el movimiento térmico de las micropartículas por medio de un rayo láser. Usando microscopía de video, puede observar el comportamiento dinámico de las partículas en tiempo real, y determinar la entropía a partir de la información recopilada.

"Así sentamos las bases para futuros estudios fundamentales sobre termodinámica en sistemas fuertemente acoplados. Estos también son aplicables a otros sistemas, ", dice el profesor Dietmar Block del Instituto de Física Experimental y Aplicada de la CAU. El origen de este éxito se debe en gran parte a los resultados y las técnicas de diagnóstico.

Explicando la entropía con un experimento de agua

Un experimento diario ilustra la entropía:si vierte un recipiente de agua caliente en un recipiente de agua fría, la mezcla es más fría que el agua caliente, y más caliente que el agua fría. Sin embargo, no se puede deshacer este proceso, es irreversible:el agua a temperatura media no se puede dividir en un recipiente de agua caliente y un recipiente de agua fría.

La razón de la irreversibilidad de este proceso es la entropía. La segunda ley de la termodinámica establece que la entropía en un sistema cerrado nunca disminuye con el tiempo. Por lo tanto, la mezcla de agua fría y caliente debe aumentar la entropía. Alternativamente, la entropía también puede estar asociada con el grado de desorden o aleatoriedad. En términos muy simplificados, se podría decir que los sistemas no cambian a un estado más ordenado por sí mismos. Alguien tiene que crear orden pero el desorden puede surgir por sí solo.