No estoy completamente seguro de esto. Sin embargo, esto puede estar relacionado en parte con la entropía. La entropía de un sistema en un estado específico está relacionada con el número de microestados que el sistema físico podría tener en ese estado específico.
Cuantitativamente, esto está relacionado con la ecuación de Boltzmann: S (entropía) = k ln W , donde k es la constante de Boltzmann, ln es el logaritmo natural y W es el número de microestados. Como puede ver, la entropía de un sistema es directamente proporcional al número de microestados que tiene un sistema.
Para demostrar lo que es un “microestado”, imagine que tenemos un conjunto de 10 monedas. Ahora, si el estado de ese conjunto es “todas las cabezas”, ¿cuántos microestados están asociados con ese estado? Bueno, solo uno. Dado que solo hay una permutación distinta y única donde todas las monedas están en cara. Ahora, si el estado de ese conjunto de monedas es “50% caras, 50% colas”, bueno, cuántas permutaciones distintas y únicas, y por lo tanto microestados, eso corresponde a dicho estado. Bueno, hay 10! / (5!) (5!) = 252 microestados. Por lo tanto, el estado 50-50 tiene mayor entropía.
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Ahora, la esencia de la segunda ley de la termodinámica es esta: los sistemas físicos, cuando experimentan evolución, tienen muchas más probabilidades de ganar entropía. Si intentas voltear 10 de esas monedas, ese conjunto de monedas que originalmente comenzaron a ser todas caras es mucho más probable que se transforme en un estado con estados mixtos (algunas caras, algunas colas), y estos estados mixtos tendrán más permutaciones, y por lo tanto, más microestados asociados con ellos. Por lo tanto, los estados finales poseerán más entropía.
Ahora, esto también podría aplicarse al sistema fotón-electrón. Un electrón excitado en un átomo tiene una entropía específica. Sin embargo, el estado en el que el exceso de energía del electrón (su diferencia de energía desde el estado fundamental) se libera en un nuevo fotón con una energía igual a la diferencia de energía es un estado con una entropía mucho mayor, ya que hay más formas de distribuir y organice la cantidad de energía que tiene el sistema de esta última manera y, por lo tanto, más microestados. Ahora, dado que los sistemas físicos tienden a transformarse de estados de entropía más baja a una entropía más alta, debemos esperar que el electrón excitado tenderá a ser desexcitado y liberará un fotón, ya que este último tiene una entropía más alta.
Sin embargo, en términos técnicos, esto no es exactamente una “causa”. Es solo que los sistemas tienden a transformarse en estados asociados con una mayor entropía, y ese principio surge de las leyes de probabilidad.
Ahora, no creo que esta sea una explicación completa. Otros han dicho que las fluctuaciones de vacío en el espacio vacío causan la desexcitación de electrones. No estoy bien versado en la teoría cuántica de campos. Sin embargo, algunos físicos, incluso aquí en Quora, afirman que las fluctuaciones del vacío en el espacio vacío no “existen” en un sentido concreto. Son solo artefactos matemáticos en QFT que son útiles para ciertos cálculos. No puedo decir mucho sobre eso.
