¿Conocemos alguna razón fundamental de la Segunda Ley de la Termodinámica?

Se entiende muy bien y, al menos retrospectivamente, es ridículamente simple: hay muchísimos más arreglos de átomos, partículas, cuantos de energía, etc. que se ajustan a la descripción “estado de alta entropía” que los que se ajustan a la descripción “estado de baja entropía”. Por lo tanto, si un sistema se equivoca de un estado a otro al azar (sujeto solo a las leyes de conservación aplicables), tiene una probabilidad mucho mayor de pasar de un estado de baja entropía a un estado de entropía alta que al revés. Y para los sistemas cotidianos típicos con el número de partículas de Avogadro más o menos, “enormemente” significa que no contenga la respiración, incluso si puede contenerla para la edad del universo.

Un ejemplo muy muy simplificador. Lanzas dos dados.

¿Tiene más posibilidades de obtener un promedio de 3 o un promedio de 6?

De hecho, hay muchas maneras de obtener un promedio de 6 ya que estos podrían resultar de observar 1-5, o 2-4, o 3-3, etc. Por otro lado, para obtener un promedio de 6, debe obtener dos 6 -s. Se podría decir que la entropía de “obtener un promedio de 3” es mucho mayor que la entropía de “obtener un promedio de 6” si quisiéramos sonar sofisticados.

Con todo, la entropía simplemente cuenta el número de formas de obtener un determinado resultado. Es más o menos obvio que con el tiempo, se prefieren los estados con una alta entropía.

No tenemos que aceptarlo.

Tenemos observaciones de que ocurrencias como el calor que sale de un objeto frío y entra en un objeto más cálido son tan raras que la ley está validada. Según el número de moléculas en los objetos y sustancias con los que estamos familiarizados por la experiencia humana, estadísticamente nadie en toda la raza humana debería observar que esto ocurra.

La segunda ley se llama empíricamente validada.

En el mejor de los casos, puede encontrar pequeños arreglos, grupos de ocho moléculas, que con el tiempo podrían alcanzar temporalmente un estado de energía más bajo. Pero dado que las leyes de la termodinámica son declaraciones estadísticas, no una definición de cómo se forman los arreglos, esto realmente no prueba nada.

Bueno, si la 2da Ley (y las otras Leyes) de la Termodinámica no existieran, nosotros tampoco lo haríamos.

Sin la 2ª Ley, el universo se volvería inestable y fracasaría cataclísmicamente, si alguna vez lograra comenzar en primer lugar.

La energía es necesaria en todos los procesos, por lo que su comportamiento y las reglas que sigue son de importancia crítica.

Por ejemplo, una definición simple de la segunda ley es que el calor siempre fluye de caliente a frío y nunca al revés.

Tome dos objetos, uno caliente y el otro frío en alguna proximidad entre sí.
El caliente se enfriará y el frío más caliente: esa es nuestra experiencia, y la 2da Ley lo describe de esa manera precisa.
Ahora, si el cuerpo más frío pudiera calentar el más cálido y aumentar su temperatura, entonces ambos cuerpos aumentarían de temperatura debido a su proximidad a otro cuerpo.
El resultado final sería que la energía habría aparecido de la nada (violación de la 1ª Ley) y todo seguiría calentándose más y más hasta que. . .

El comportamiento de la energía debe ser lógico y consistente para que exista un universo estable y la 2da Ley lo refleja.
Tres pequeños puntos:

1. Supongo que es posible que la energía, la materia y cualquier otra cosa que componga el universo siga diferentes reglas y logre un sistema estable, pero creo que sería muy difícil para nosotros imaginar cómo funcionaría eso.
2. Hay personas que creen que es posible que un cuerpo caliente uno que ya está más caliente sin agregar energía de otro lugar (usan argumentos sobre el flujo y demás), pero no me ayudan a comenzar con la climatología, y yo ‘ No voy a ir allí.
3. También hay personas por ahí que creen que la 2da Ley de la Termodinámica debería ser derogada. Aparentemente, esto no es una parodia, vea Christian Right Lobbies To Overturn Second Law Of Thermodynamics y no voy allí por las mismas razones.
   El video al final puede divertir a algunos.

Vale la pena agregar que la segunda ley es realmente más fundamental que una ley: es un axioma.
Donde otras leyes solo existen en una determinada banda de presión, o banda de temperatura, etc., la segunda ley se ve en todos los estados de fase, presiones, temperaturas, etc.
Es una excelente manera de probar una hipótesis: si la hipótesis es coherente con la segunda ley, al menos puede ser posible.
No trates de ignorarlo o refinarlo, de esa manera yace la locura.

Y aquí está ese video:

Nadie ha observado que el calor se mueva espontáneamente de un cuerpo de baja temperatura a un cuerpo de alta temperatura.

Una razón fundamental puede ser que los sistemas en movimiento se reconfiguran constantemente a nuevas posiciones, por lo tanto, el estado más probable de un sistema es estar menos ordenado con el tiempo. Continuamente, lanzar dados una y otra vez no produce que se lancen seises constantes … los dados son aleatorios. Este es el estado más probable del universo, ser desordenado. Lo que cambia la probabilidad y ralentiza la entropía son las fuerzas (pero no parecen revertir la entropía). Un ejemplo es la gravedad, que acumula una gran cantidad de materia en los planetas y la mantiene allí en lugar de que el viento la empuje hacia el espacio.

La clave de la segunda ley parece ser el movimiento: si no tuviéramos movimiento, nada se reconfiguraría con el tiempo. Imagina una pintura. Si el universo fuera una pintura estática, eso no cambiaría, entonces no habría una segunda Ley. La entropía sería permanente. Debido al movimiento (especialmente el movimiento de partículas microscópicas), la materia siempre cambia de configuración. Nada está guiando estas partículas en movimiento (sin mano invisible) excepto fuerzas como el magnetismo, la electrostática, la gravedad …

La segunda ley puede no ser completamente cierta a escala nano. Por ejemplo, un trinquete browniano con una aspiradora en el lado del trinquete y partículas en el lado de la pala pueden violar la segunda ley. Vea también este dispositivo de violación de la segunda ley en un video de Sheehan:

Simplemente hay muchos más estados desordenados que los ordenados. Por lo tanto, es mucho más probable que pase a un estado más desordenado. No es magia, ni es necesario, es solo probabilidad. Lo que aún no entiendo es por qué el pasado estaba en un estado de baja entropía.