¿Puede un huevo roto recomponerse espontáneamente (como en el video)?

Question

Según el teorema de fluctuación, la segunda ley de la termodinámica es una ley estadística. Las violaciones a escala micro, por lo tanto, ciertamente tienen una probabilidad no nula. Sin embargo, la aplicación de la teoría, en particular la igualdad de Jarzynski de hecho, en principio, se extiende a sistemas de partículas que comprenden objetos macro.

${\qquad\qquad\qquad\qquad\qquad}$

¿Implica el teorema de fluctuación que hay una probabilidad no nula de que un huevo roto se pueda volver a ensamblar espontáneamente, implicando en efecto que (al menos algunas) otras leyes de la física (como la conservación del momento lineal) son en realidad afirmaciones estadísticas?

Answer 1

No, no es posible.

Mira, hay un problema con la palabra en inglés "possible": es una palabra en inglés. Incluso en los mejores casos, es difícil traducir ideas técnicas, científicas en oraciones en inglés. Nos estás pidiendo que elijamos entre dos palabras en inglés, "possible" e "impossible", para describir un evento donde un huevo roto se reensambla espontáneamente. La única palabra razonable para elegir es "impossible".

Las respuestas que dicen "bueno, tecnicamente, no es imposible" están cayendo en una trampa. Están usando la palabra "técnicamente" como si mágicamente nos transportara fuera del mundo del inglés al mundo divino de las ideas científicas, pero no lo hace. Seguimos hablando inglés, y de las dos palabras en inglés, "possible" es una elección terrible para describir esa situación. Sí, la probabilidad de dicho evento es mayor que cero. No, no es posible.

Vamos a considerar algunas cosas que son trillones de trillones de veces más probables que un huevo se reensamble espontáneamente:

• William Shakespeare sigue vivo y ha estado viviendo en Nashville, Tennessee durante los últimos 150 años.
• Docenas de personas realmente viven en la misma casa que tú y ninguno de ustedes se ha dado cuenta porque simplemente no han estado en las mismas habitaciones al mismo tiempo.
• Todo el mundo en la Tierra es asesinado durante el próximo año por rayos independientes y extraños, aunque no hubo más tormentas de rayos de lo habitual.

¿Son todas esas cosas posibles, según tu definición de la palabra? Todas ellas son trillones de trillones de veces más probables que un huevo roto se reensamble espontáneamente. La mejor forma de describir ese evento no es "extremadamente improbable". Es "imposible".

El objetivo de la física es comprender y describir el universo, y tu comprensión del universo será mucho peor si terminas pensando "ok, entonces es posible" que si piensas "no, definitivamente no es posible". No es posible.

Answer 2

Es posible, pero no ocurrirá en cualquier lugar ni siquiera dentro de toda una vida del universo, ni siquiera cerca. A menudo, a los físicos les cuesta decir que es técnicamente posible porque el proceso es tan increíblemente improbable que realmente siempre se debería enfatizar lo improbable que es. Pero sí, es posible.

Answer 3

Hasta los límites de nuestra comprensión teórica, sí, no hay nada en principio malo con ver lo que sucede en el video suceder de verdad en el sentido de que puedes formular todo este escenario en principio en esa teoría sin encontrar ninguna contradicción, mientras que algo como una máquina de movimiento perpetuo lo haría (a saber, que requeriría leyes físicas sensibles al tiempo en que algo sucede, por el contrapositivo del teorema de Noether.).

El problema real es que es estupendamente súper duper improbable que suceda. En general, la probabilidad de una fluctuación se vuelve exponencialmente más pequeña cuanto más átomos quieras involucrar, y aquí tenemos del orden de un múltiplo del número de Avogadro, $6.022 \times 10^{23}$, lo que significa que podemos esperar probabilidades del orden de $10^{-10^{24}}$ para ver esto suceder en la vida real. Por lo tanto, es excepcionalmente improbable que suceda antes de que algún mecanismo, quizás la descomposición de protones, disuelva toda la materia en el universo.

Dependiendo de tu postura filosófica, podrías decir entonces que debido a eso, no podemos verificar empíricamente la teoría física hasta ese punto, y así tal vez es posible que de hecho nuestras teorías estén equivocadas en esto y algo intervenga. Pero no tenemos forma de saber si eso es el caso bajo todos los escenarios posibles en los que podría ser.

Dicho esto, uno también podría preguntarse sobre la posibilidad de crear esta situación artificialmente, dado que se puede localmente revertir la entropía haciendo algún trabajo activo, es decir, consumiendo energía procesando información. Eso podría ser posible, pero lograr que toda la materia necesaria esté en el estado correcto que es exactamente el reverso temporal del escenario de caída y rotura del huevo, puede ser intratable por otras razones. Requeriría un impresionante microcontrol sobre todos los movimientos de los átomos para configurar las pequeñas "ondas" correctas en el aire y la superficie que deberían converger "exactamente bien" para tener ese poder "mágico" de reensamblaje latente dentro de ellos y "devolver el huevo a su totalidad".

Answer 4

Todas estas respuestas que dicen "sí, es posible ... pero muy muy improbable" no están teniendo en cuenta los límites del conocimiento humano en sí mismo. Al tratar con algo tan extraordinario como un huevo roto que se vuelve a ensamblar, uno se engaña a sí mismo si dice "sí, es posible" o "no, es imposible" porque para hacer cualquiera de estas afirmaciones uno tendría que asumir que lo que hemos descubierto hasta ahora sobre la física es suficientemente completo y exhaustivo para justificar tal conclusión absoluta. Pero no lo sabemos. Por lo que sabemos, podría ser imposible.

Una presentación más cuidadosa de nuestro estado de conocimiento incluiría lo siguiente.

1. La física no proporciona un conocimiento cierto de nada; todo lo que tenemos es un conocimiento digno de apostar.

2. Si un evento de este tipo realmente ocurriera, entonces lo que mostraría no es que ocurrió alguna coincidencia fantástica en los movimientos de un mol de partículas, sino que nuestro conocimiento de la naturaleza de la realidad era menos completo de lo que pensábamos.

Answer 5

Creo que una forma de ver la mecánica estadística aquí es convertirla en billar. Haz un tiro en el que lanzas una bola a dos bolas estacionarias. El tiro está calibrado de tal manera que la bola blanca se detiene, y las otras dos bolas salen en algún ángulo $\theta$ con cierta velocidad $v$ (podemos usar la conservación de la energía y el momento para calcular qué valores $v$ y $\theta$ deben tener en relación con la velocidad inicial, pero no es importante para este argumento).

Un tiro como este puede ser difícil, pero no es imposiblemente imposible. Sin embargo, ahora imagina tratar de configurar la situación inversa: lanzar dos bolas a la bola blanca, haciendo que ambas se detengan y la bola blanca salga con una velocidad. Nuevamente, esto es definitivamente posible, e incluso podrías configurar un experimento que haga esto, pero es dramáticamente más difícil de lograr, solo por tener que tener la sincronización, velocidad y ángulos de las dos bolas casi perfectos. Un estado inicial de dos bolas en movimiento tiene más grados de libertad relevantes que un estado inicial de una bola en movimiento.

Ahora, imagina que en lugar de dos bolas que vuelan, son cada átomo en el huevo. Esa es básicamente la razón por la que la idea de "esto es imposible sin ser imposiblemente imposible" sigue surgiendo en respuestas a esta pregunta.