¿La entropía puede crear orden?

La velocidad y la distancia, la temperatura y la presión son magnitudes físicas que el profano comprende más o menos bien; no sucede lo mismo con la entropía. Ludwig Boltzmann la definió como la cantidad de estados en los que pueden ordenarse los componentes elementales de algo; la complejidad de la definición es tal que aún hoy, un siglo después, se siguen investigando sus consecuencias. Probablemente el lector experto asociará la entropía al desorden, y no anda descaminado, porque el aumento de entropía en muchos fenómenos físicos va paralelo al aumento del desorden: así sucede cuando un huevo se bate, un gas se expande, un terrón de azúcar se disuelve o un sólido se funde. ¿Es la entropía, entonces, sinónimo de desorden? La definición de Boltzmann es más refinada de lo que habíamos creído; un interesante artículo de José A. Cuesta, publicado en el 2006, proporciona claves para entenderla; argumenta su autor que la entropía no se identifica con el desorden necesariamente, porque pueden crearse estructuras ordenadas y, simultáneamente, aumentar la entropía.

Imaginemos una sustancia cuyos componentes son esferas macizas inertes, ¿podría tener más entropía cuando se halla en estado sólido (supuestamente ordenada) que cuando aparece en un estado fluido (supuestamente desordenada)? El estudio del apilamiento de naranjas nos proporciona un resultado inesperado: no resulta difícil de entender que el volumen medio del recipiente ocupado por cada pieza cuando la fruta está desordenada es mayor que cuando está ordenada; sin embargo, al volumen medio accesible (¡ésta es la palabra clave!) a cada naranja puede sucederle lo contrario: ser mayor si la fruta está empaquetada con orden que si está desordenada. Mayor volumen disponible para cada partícula en la fase ordenada significa mayor número de estados en los que pueden colocarse dichas partículas, luego la fase ordenada tiene mayor entropía. Así ocurre: las esferas macizas se ordenan para ganar volumen accesible; sucede entonces que aumenta simultáneamente el orden y la entropía.

No, no argumentemos que las esferas duras no existen en la naturaleza pues erraremos en nuestra apreciación. Las partículas de las disoluciones coloidales se comportan prácticamente como tales y por eso en los coloides se han observado fenómenos en los que aumenta el orden espontáneamente debido al aumento de la entropía; y no sólo en ellos, se espera que en la química celular también se presenten procesos similares. Cierto, el físico se verá sorprendido por la aparición espontánea del orden… si no se percata de la sutileza del fenómeno.