Es la segunda ley de la Termodinámica una inmensa tautología?

Question

Imaginemos por un segundo un sistema que está cambiando constantemente de un microestado de uno a otro. Podría ser un determinado volumen de un gas con sus átomos moviéndose y saltando alrededor, o una baraja de cartas constantemente revueltas por un mono. Si la partida de microestado pertenece a una macrostate con muy pocos microstates, es probable que en el siguiente paso, el sistema estará en un macrostate con más microstates en ella. No hay nada misterioso acerca de esto, es simplemente una cuestión de probabilidades y de cómo los definimos.

Ahora tenemos la segunda ley de la termodinámica, que dice que la entropía siempre aumenta. Podría haber sido reformulada como: un sistema que está permanentemente visitando diferentes estados, lo que va a pasar más tiempo en aquellos que tienen una mayor probabilidad de ser visitado. Las cosas más probable ocurrir más veces. Y, ya que definen las probabilidades en términos de frecuencia:

No podemos decir simplemente que las cosas más probable que ocurra, ocurrirá más veces? ¿No es cierto, entonces, que la segunda ley es simplemente una inmensa tautología?

Answer 1

No podemos decir simplemente que las cosas más probable que ocurra, ocurrirá más veces? ¿No es entonces, que la segunda ley es simplemente una inmensa tautología?

No, este argumento no es suficiente para demostrar la segunda ley. Este argumento sólo demuestra que las fluctuaciones térmicas lejos de equilibrum debe ser poco frecuente y de corta duración. Que es una declaración que no tiene nada que ver con una flecha del tiempo, mientras que la segunda ley incorpora una flecha del tiempo. Esta cuestión se aborda cómo obtener una flecha del tiempo.

Answer 2

Ahora tenemos la segunda ley de la termodinámica, que dice que la entropía siempre aumenta.

La segunda ley no dice exactamente eso. Tiene más de formulaciones, algunos de los cuales utilizan el concepto de entropía. Una tal formulación es

• Cuando térmicamente aislado del sistema cambia su estado a partir de un estado de equilibrio a otro, su entropía no puede disminuir.

Esta declaración es muy diferente de la descuidado versión de "la entropía siempre aumenta" a menudo uno de los encuentros.

Podría haber sido reformulada como: un sistema que está permanentemente visitando diferentes estados, lo que va a pasar más tiempo en aquellos que tienen una mayor probabilidad de ser visitado.

Eso no es necesariamente verdad. El sistema puede visitar el estado de $o$ millones de veces en un segundo y estado $r$ sólo una vez, en ese mismo segundo, pero ¿cuánto tiempo permanecer en los estados es otra cosa.

Las cosas más probable ocurrir más veces.

Y, ya que definen las probabilidades en términos de frecuencia:

Hay otras maneras de entender el concepto de probabilidad, por ejemplo el Bayesiano.

¿No es cierto, entonces, que la segunda ley es simplemente una inmensa tautología?

La tautología es un nombre para una declaración de que es cierto para todos los insumos variables y su valor de verdad no depende de la realidad, sólo en el formulario de la declaración en sí.

En la física no encontramos tautologías, porque no se trata de lenguaje o forma de declaraciones, pero sobre la Naturaleza. Funciona con empíricas declaraciones. La segunda ley es una ley empírica. Puede derivar en sentido probabilístico de la mecánica (con ciertos supuestos), pero no es una tautología.