Termodinàmica
En el transcurs del desenvolupament del segle XIX del desenvolupament de la ciència de la termodinàmica es va anar configurant un relleu concis, potent i general de l'asimetria dels processos físics ordinaris.
Els tipus de sistemes físics en què sorgeixen asimetries de temps evidents són sempre macroscòpics; més particularment, són sistemes formats per un gran nombre de partícules. Com que aquests sistemes presenten propietats distintives, diversos investigadors es van comprometre a desenvolupar una ciència autònoma d'aquests sistemes. Tal com succeeix, aquests investigadors es van preocupar principalment de millorar millores en el disseny de les màquines de vapor, per la qual cosa el sistema d’interès paradigmàtic per a elles, i al que encara s’utilitza habitualment en debats elementals de termodinàmica, és una caixa de gas.
Considereu quins termes són apropiats per a la descripció d'alguna cosa com una caixa de gas. El màxim dels possibles comptes seria una especificació de les posicions, velocitats i propietats internes de totes les partícules que formen el gas i la seva caixa. A partir d'aquesta informació, juntament amb la llei newtoniana del moviment, es podrien calcular, en principi, les posicions i velocitats de totes les partícules i, mitjançant aquestes posicions i velocitats, tot sobre la història del gas i la caixa. es podria representar. Però, òbviament, els càlculs serien impossible. Una manera més senzilla, més potent i més útil de parlar d’aquests sistemes faria ús de nocions macroscòpiques com la mida, la forma, la massa i el moviment de la caixa en general i la temperatura, la pressió i el volum del gas. Al cap i a la fi, és un fet legal que si la temperatura d’una caixa de gas s’eleva prou altament, la caixa esclatarà i si una caixa de gas s’esprèn contínuament des de tots els costats, serà més difícil d’esprémer a mesura que s’aconsegueix. més petit. Tot i que aquests fets són deduïbles de la mecànica newtoniana, és possible sistematitzar-los per si mateixos: produir un conjunt de lleis termodinàmiques autònomes que relacionen directament la temperatura, la pressió i el volum d’un gas entre si sense cap referència a les posicions i velocitats de les partícules de les quals consisteix el gas. Els principis essencials d'aquesta ciència són els següents.
Hi ha, en primer lloc, un fenomen anomenat calor. Les coses s’escalfen absorbint calor i més fred renunciant a això. La calor és quelcom que es pot transferir d’un cos a un altre. Quan es col·loca un cos fresc al costat d’un calent, el fresc s’escalfa i el calent es refreda, i això és en virtut del flux de calor del cos més càlid al fred. Els investigadors termodinàmics originals van poder determinar, mitjançant una experimentació senzilla i un brillant argument teòric, que la calor ha de ser una forma d’energia.
Hi ha dues maneres en què els gasos poden intercanviar energia amb el seu entorn: la calor (com quan els gasos a temperatures diferents es posen en contacte tèrmic entre ells) i de forma mecànica, com el funcionament (com quan un gas aixeca un pes pressionant sobre un pistó). Com que es conserva l’energia total, s’ha de donar el cas que, en el transcurs de qualsevol cosa que pugui passar a un gas, DU = DQ + DW, on DU és el canvi de l’energia total del gas, DQ és l’energia que el gas. guanya del seu entorn en forma de calor, i DW és l’energia que el gas perd al seu entorn en forma de treball. L’equació anterior, que expressa la llei de la conservació de l’energia total, es coneix com la primera llei de la termodinàmica.
Els investigadors originals de la termodinàmica van identificar una variable, que van anomenar entropia, que augmenta però que no disminueix en tots els processos físics ordinaris que mai es produeixen al revés. L’entropia augmenta, per exemple, quan la calor passa espontàniament de la sopa càlida a l’aire fresc, quan el fum s’escampa espontàniament a una habitació, quan una cadira que s’orienta al llarg d’un pis s’alenteix a causa de la fricció, quan el groc de paper amb l’edat, quan el vidre es trenca, i quan una bateria s’esgota. La segona llei de la termodinàmica estableix que l’entropia total d’un sistema aïllat (l’energia tèrmica per unitat de temperatura que no està disponible per fer treballs útils) mai no pot disminuir.
A partir d’aquestes dues lleis, es va derivar una teoria comprensiva de les propietats termodinàmiques dels sistemes físics macroscòpics. Tanmateix, un cop identificades les lleis, es plantejava naturalment la qüestió d’explicar-les o comprendre-les en termes de mecànica newtoniana. En el transcurs dels intents de Maxwell, J. Willard Gibbs (1839–1903), Henri Poincaré (1854–1912), i especialment de Ludwig Eduard Boltzmann (1844–1906) imaginar una explicació que suposa el problema de la direcció de el temps va arribar a l'atenció dels físics.
