Resulta que es la estrella. Y esto es realmente contrario a la intuición, porque cuando se nos presenta la entropía en los libros de texto, generalmente comenzamos con el ejemplo de un gas confinado a un área pequeña (baja entropía) frente a uno en un área grande (alta entropía). Se necesita alguna explicación sobre cómo esto a veces no es cierto en el caso de una nube de gas colapsando bajo la gravedad. Y esta explicación también debería aclarar cómo se preserva la segunda ley de la termodinámica cuando se forman las estrellas.
Entonces, comenzamos con una nube de gas difuso. Y si la gravedad lo une y reduce su volumen, ese efecto reduce su entropía, tal como dicen los libros de texto.
Pero este colapso también hace algo más: también aumenta la temperatura del gas (las moléculas se mueven más rápido, porque han convertido la energía potencial gravitacional en cinética). Y este efecto hace lo contrario, una temperatura más alta aumenta la entropía (también lo encontrarás en los libros de texto).
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Entonces, ¿qué efecto domina? Resulta que tienes que hacer los cálculos para averiguarlo, y la respuesta depende de si la energía potencial gravitacional o la energía cinética de la nube es mayor.
Entonces, caso 1: Digamos que la energía potencial gravitacional es menor que la energía cinética: entonces la maximización de la entropía es que la nube se expanda. Puede ver intuitivamente por qué sucede esto. Decir que la energía cinética de las partículas es mayor que la energía potencial gravitacional es otra forma de decir que las partículas viajan por encima de la velocidad de escape, por lo que es fácil entender por qué la nube se dispersaría contra la gravedad.
Por lo tanto, caso 2: si la energía potencial gravitacional es mayor que la energía cinética, entonces el efecto de la temperatura domina y lo que se debe hacer para maximizar la entropía es contraerse. Nos concentraremos en este caso de aquí en adelante.
Pero todavía no estamos en una estrella. Resulta que a menos que elimine algo de energía del sistema, el efecto de contracción / temperatura se equilibrará y alcanzará el equilibrio donde la presión térmica = presión gravitacional, y esto sucederá de manera justa antes de que se formen las estrellas (es decir, antes de que comience la fusión nuclear) . Entonces obtendrás una nube más pequeña y más caliente que antes, pero no una estrella. Por cierto, vemos unas pocas nubes de este gas caliente pero no lo suficientemente caliente flotando en nuestra galaxia.
Entonces, ¿qué sucede si ahora elimina energía de este sistema (por ejemplo, al irradiar algo de calor)? Bueno, entonces, la energía baja, el punto de equilibrio se mueve entre la presión térmica y gravitacional, y terminamos con una nube aún más pequeña y más caliente. (Sí, la eliminación del calor eleva la temperatura de la nube: se ve de nuevo contra-intuitivo, pero la energía se conserva porque la nube ahora es más pequeña).
Finalmente, llegas a un punto donde se dispara la fusión nuclear. Y tienes una estrella. Esta estrella, por el proceso descrito anteriormente, tiene más entropía que la nube original. Y se preserva la segunda ley de la termodinámica.
