Sí, por supuesto que hay: la aniquilación protón-antiprotón en un promedio de cinco piones en reposo es uno de mis ejemplos favoritos.
Solía reírme de las personas que me decían que la termodinámica de equilibrio podría dar un modelo razonable de colisión de iones pesados por esta razón exacta.
Preguntaría: ¿de verdad crees que necesito considerar cinco piones que se vuelven a unir durante una colisión para producir un protón y un antiprotón, para hacer un modelo razonable de tales colisiones?
- ¿Se muestra teóricamente que una antipartícula se comporta igual que una partícula, excepto por su comportamiento debido a su carga?
- ¿La singularidad de un agujero negro es menor que la distancia de Planck?
- Cómo explicar la teoría de cuerdas a un niño de 5 años
- ¿Podrían los seres inteligentes bidimensionales probar que hay 3 dimensiones?
- Cómo entender intuitivamente por qué la probabilidad de corriente en la mecánica cuántica viene dada por su forma matemática particular
La respuesta, por supuesto, es no, usted no: las condiciones iniciales hacen que sea muy improbable lograr el equilibrio químico y térmico local en tales colisiones.
Pero el equilibrio termodinámico es una abstracción teórica: tal vez se necesita un tiempo infinito y un volumen infinito y un número infinito de “partículas” y un número infinito de “colisiones” para lograrlo.
Aún así, en muchos casos del mundo real, la termodinámica y la mecánica estadística son las únicas formas de proceder para construir una teoría y es un enfoque muy útil para considerar cómo debe ser el estado de equilibrio. En la práctica, los tiempos de equilibrio no siempre son tan largos, en comparación con el tiempo durante el cual nos preocupamos por los resultados, ya que están en una fuerte colisión de iones, y los números de “partículas” y “colisiones” son realmente enormes.
Es necesario distinguir dos cosas: una es la reversibilidad temporal de las leyes de la física a nivel microscópico.
Esa invariancia es casi exacta por lo que cualquiera puede decir, excepto: hay violaciones conocidas pero muy pequeñas de la invariancia T en las interacciones de mesones K y B.
La otra cosa es que, en igualdad de condiciones, la probabilidad de que tres partículas (o más) se unan y reviertan la colisión de dos cuerpos que las produjo, parecería ser mucho menor que la probabilidad de la colisión inicial de dos cuerpos.
En casi todas las situaciones, sin duda puede imaginar que esto será cierto y tendrá razón.
Y este es el corazón de la paradoja inherente a la segunda ley de la termodinámica.
Debido a que la característica clave que define el estado de equilibrio termodinámico es el principio del equilibrio: en equilibrio, cada proceso microscópico avanza a la misma velocidad que el proceso inverso.
En realidad, este es el principio del equilibrio detallado: se podría imaginar otros tipos de equilibrio: el equilibrio cíclico entre un conjunto de procesos es otra forma de alcanzar un equilibrio en las distribuciones. Pero el equilibrio detallado es la forma más sencilla de lograr el equilibrio.
Pero la característica principal del estado de equilibrio desde un punto de vista macroscópico es que es único, caracterizado por la invariancia de inversión de tiempo, y que cualquier equilibrio macroscópico puede caracterizarse por muchos estados microscópicos posibles.
Entonces, las probabilidades del proceso de tiempo invertido y el proceso hacia adelante son las mismas en equilibrio.
De hecho, en los intentos microscópicos para probar la segunda ley de la termodinámica, como lo intentó Boltzmann en la teoría cinética de los gases, es exactamente la inversión de tiempo y la invariancia de paridad de los procesos básicos de colisión lo que es suficiente para garantizar el aumento de lo que él llamó H, y lo que llamamos entropía, S.
Aunque parezca extraño, incluso cuando los procesos subyacentes son invariantes de inversión de tiempo y paridad: es posible que el estado de equilibrio macroscópico no lo sea, debido a la ruptura espontánea de la simetría.
La ecuación de Boltzmann no es derivable de la teoría cuántica de campos, a pesar de muchas afirmaciones en contrario.
