Thread by @MATichno

#Ciberíada #Scifi2020 Exp 6 - Como Trurl y Klapaucius vencieron al pirata Morrón con un demonio de segunda especie. Aquí Trurl descubre un documento antiguo que lo incita a conocer un sector de la galaxia, pese a la oposición de Klapaucius, que siempre es el más reflexivo

Ese lugar de la galaxia, no es exactamente como lo pintaba el documento, sino algo más parecido a un basurero. Como una guía turística escrita en la Municipalidad, nada es como parecía. Excepto que se encuentran con el pirata Morrón, ávido no de dinero sino de conocimientos.

Para vencer al pirata y poder escaparse, crean un Demonio de Segunda Especie. Y esto es lo que puede requerir alguna aclaración.

El demonio de segunda especie es lo que se conoce como Demonio de Maxwell. Es una idea de James Clerk Maxwell, el de las ecuaciones del electromagnetismo, sobre como violar el segundo principio de la termodinámica formulada en 1867

El demonio de Maxwell, es un “experimento mental” (en alemán Gedankenexperiment), como se llama a algunas pruebas límite que se buscan para poner a prueba la lógica de una teoría. Otro ejemplo famoso de experimentos de este tipo es el del gato de Schrodinger.

Recordemos las dos leyes de la termodinámica. La 1ra es la conservación de la energía adaptada a procesos termodinámicos. En un sistema cualquiera, la variación de energía interna depende del trabajo entregado al sistema y la cantidad de calor producida por el mismo.

La segunda ley de la termodinámica habla del sentido del flujo. Si tengo un sistema caliente y otro frío separados y los junto, el calor irá desde el más caliente al más frío y la temperatura final será intermedia, de acuerdo a la masa y las temperaturas iniciales.

En particular el Demonio buscaba lograr que a partir de un gas a una temperatura se pudiese separarlo en un gas más caliente y otro más frío que el anterior , violando la segunda ley de la termodinámica que dice que eso no se puede hacer sin entregar energía.

Para eso se pone el gas en una caja con una división y una puerta controlada por un demonio que ve llegar las moléculas rápidas y las deja pasar solo hacia un lado, y las lentas solo en el otro. Con eso se logra una diferencia de temperatura que se puede convertir en trabajo.

Obvio, el problema está en el demonio, y buena parte de los cálculos que se hicieron fueron para demostrar que este “demonio” cuando se analiza correctamente, corrige la parte que viola la segunda ley. Pero, para eso se pasaron un buen tiempo discutiendo.

El nombre de “demonio” se lo puso Lord Kelvin allá por 1874, algunos dicen que por un juego de solitario de cartas que consistía en agrupar cartas rojas y negras y que debía ser alguien pequeñito. Gracias a ese chiste, generaciones de físicos lo imaginan con cola roja y tridente.

Lo interesante de este concepto surge cuando la segunda ley se asocia a la entropía, y se reformula en términos de esta. La entropía como tal la definió Clausius allá por 1865, y se asociaba a la reversibilidad e irreversibilidad de los procesos termodinámicos.

Unos años después Boltzmann comenzó a trabajar en la teoría de la termodinámica estadística. Definiendo toda la termodinámica clásica a partir de microestados de las partículas que componen un sistema, esto es las posiciones y velocidades de las mismas en un dado instante.

Un microestado sería una “foto” de las moléculas. Un macroestado de equilibrio, tiene que ver con la probabilidad de ocurrencia de esos microestados. Es decir contando las posibles configuraciones de un sistema se pueden derivar las leyes de la termodinámica clásica.

Boltzmann define la entropía como una constante por el logaritmo de la probabilidad de existencia de un macroestado. La famosa ecuación de Boltzmann

En 1929 Szilard y Brillouin probaron que un demonio de Maxwell real debería medir la velocidad de las partículas, y el proceso de obtener esta información era el que gastaba la entropía que faltaba para no violar la segunda ley de la termodinámica

Otro paso revolucionario lo da Shannon en 1948, trabajando sobre como transmitir información de un punto a otro y estudiando métodos de compresión de datos, encuentra que los límites a la misma toman la forma funcional de la entropía.

Y ahora si podemos entender la picardía de Trurl y Clapaucius, que le fabrican al pirata Morrón un demonio de segunda especie que asocia cada una de los microestados de la caja con una dada información, y anota solo aquellas que tienen sentido. Los monos con máquinas de escribir