¿Es posible que la primera ley de la termodinámica sea estadística como la segunda ley?

La primera ley de la termodinámica es la conservación de la energía.

Su pregunta equivale a preguntar si tal vez la energía se conserva solo en promedio, y puede haber variaciones de un momento a otro.

No hay indicios de que la energía no se conserve estrictamente en el sentido de que no se puede hacer un motor de sobreunidad. Incluso una conservación de energía estadística sería inútil como un esquiva para obtener energía gratis. Teniendo esto en cuenta, la respuesta no es tan dogmática como muchos pensarían.

En la relatividad general, la energía solo se conserva localmente: no existe una conservación “global” de la energía debido a la dificultad con los marcos de referencia, particularmente los que se aceleran. Pero GR tampoco es estadístico. La teoría estadística de la física es la mecánica cuántica.

La teoría del campo cuántico tiene un concepto de partículas virtuales. Una forma de ver esto es que la conservación de energía puede ser violada por cortos períodos de tiempo. Si el monto de la infracción de energía es [matemática] \ Delta E [/ matemática], entonces el tiempo [matemático] \ Delta T [/ matemática] para el que puede existir la infracción obedece a la relación [matemática] \ Delta T \ leq \ hbar / 2 \ Delta E [/ matemáticas]. Informalmente: si la violación es lo suficientemente breve, el Universo no se da cuenta.

No hay nada “estadístico” en la segunda ley de la termodinámica: la idea errónea proviene de los modelos de gases ideales utilizados en la mecánica estadística que son totalmente irrelevantes cuando intervienen interacciones entre partículas. Los motores de calor que violan la segunda ley son comunes, pero son extremadamente lentos e imprudentes; en nuestro mundo mercantil, esto significa que pasarán desapercibidos. Dos ejemplos:

1. En los siguientes dos videos uno enciende y apaga el condensador y el sistema puede levantar pesas flotantes repetidamente:

https://www.youtube.com/watch?v=…
Aumento del nivel de líquido entre las placas de un condensador

http://www.youtube.com/watch?v=T …
Condensador dieléctrico líquido

Encender y apagar el condensador no implica ningún trabajo realizado en el sistema, por lo que la energía para el trabajo realizado por el sistema (si levanta repetidamente pesos flotantes) solo puede provenir del calor ambiental, en violación de la segunda ley de la termodinámica.

2. Una máquina de movimiento perpetuo simple del segundo tipo se muestra en la Figura 4 aquí:

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/ …
POLIELECTROLITOS Y SUS INTERACCIONES BIOLÓGICAS, A. KATCHALSKY, p. 15, Figura 4: “Gel de poliácido en solución de hidróxido de sodio: expandido. Gel de poliácido en solución de ácido: contraído; se levanta el peso”.

El ácido mineral (iones de hidrógeno, H +) se agrega al sistema y “la polimolécula se contrae y levanta el peso adjunto a una distancia ΔL”. Luego, el ácido puede eliminarse y la macromolécula reanuda su estado estirado inicial, lista para levantar otro peso. El trabajo involucrado en la adición y eliminación de iones de hidrógeno (electroquímicamente), si se realiza de manera reversible, es prácticamente cero, mientras que el trabajo neto extraído de la contracción y el estiramiento es obviamente positivo: el sistema está levantando pesas cíclicamente a expensas del calor absorbido por los alrededores, en violación de la segunda ley de la termodinámica.

Pentcho Valev

No, la energía es una cantidad conservada localmente. Satisface una ecuación de conservación local, que dice que el cambio en la energía dentro de algún elemento de volumen es igual a la corriente de energía que fluye a través de la superficie de ese elemento de volumen, en todas partes y en todo momento. La idea de las partículas virtuales que aparecen y desaparecen es un dispositivo de cálculo. En la teoría de campo cuántico, a veces hacemos cálculos “en la carcasa” que conservan explícitamente la energía localmente en todo momento, y a veces hacemos cálculos “fuera de la carcasa” que no conservan la energía explícitamente. Pero todos los cálculos correctos deben dar las mismas respuestas.

Si alguien alguna vez hiciera un experimento convincente que demostrara que realmente había evidencia de que la energía no se conservaba localmente, tendríamos que tomarlo en serio. Pero podría significar que tendríamos que desechar toda la teoría que conocemos y comenzar de nuevo. No puedo imaginar que eso suceda. Lo que probablemente terminaríamos haciendo es decir que había un nuevo tipo de energía que no conocíamos antes, y que cuando incluimos este nuevo tipo de energía, la energía aún se conservaba.

Sí, ¡TODAS las 3 leyes de la termodinámica DEBEN ser reglas sobre cantidades indefinidas de partículas elementales y cómo se mueven como partículas conectadas en un análisis matemático promedio! En realidad, TODAS las leyes previas a QM DEBEN promediarse en muchas leyes de partículas elementales.

Entonces, ¡REALMENTE solo cuando QM se entiende completamente, todas las otras subáreas de Física se pueden entender completamente!

Visite también: Mecánica cuántica explicada en el ÚNICO POSIBLE 4D-Spacetime [1]

Notas al pie

[1] http://quantumuniverse.eu/Tom/Wh …