Así como la entropía es una medida de desorganización, la información que suministra un conjunto de mensajes, es una medida de organización. Norbert Wiener
La Segunda Ley de la Termodinámica en la formulación de R. Clausius (1822-1888) afirma que no es posible ningún proceso físico cuyo único resultado sea la extracción de calor de un cuerpo frío a otro más caliente. Lo que significa que para enfriar algo por debajo de la temperatura ambiente es necesario el trabajo adicional que hace un frigorífico cuando se conecta a la corriente.
La Segunda Ley es un principio general que impone restricciones a la dirección de la transferencia de calor, no asegura que no sea posible extraer calor de un foco frío y transferirlo a otro más caliente, simplemente dice que dicho proceso nunca será espontáneo y para que se produzca será necesario realizar un trabajo.
La evolución térmica de un sistema aislado evolucionará espontáneamente pasando calor de los cuerpos de mayor temperatura a los de temperatura más baja hasta alcanzar el equilibrio, que se alcanza cuando se igualan sus temperaturas. Esa evolución, crea un desorden en la distribución de la energía térmica de las moléculas, en lenguaje termodinámico se dice que la evolución espontánea del sistema tiende a aumentar su entropía.
En la teoría cinético-molecular la energía térmica de un cuerpo es la suma de todas las energías mecánicas asociadas a los movimientos de las diferentes partículas que lo componen. Aunque la energía térmica es una magnitud que no se puede medir en términos absolutos, es posible medir las variaciones de la misma cuando se ponen en contacto dos cuerpos. La cantidad de energía térmica que intercambian dos cuerpos a diferente temperatura, que es el calor.
Debemos recordar que el calor de un cuerpo depende de la suma de las energías de las moléculas, mientras que la temperatura es función de la energía cinética media de las mismas. Por lo tanto, el cuerpo que tiene mayor temperatura poseerá moléculas con mayor energía cinética media y cederá de forma espontánea energía (calor) a las del cuerpo de menor temperatura.
C. Maxwell (1831-1879) imaginó que podría existir una inteligencia capaz de conocer la energía de cada molécula y actuar sobre ellas, sin realizar un trabajo. La inteligencia la personificó en un demonio que actuaba contra de la evolución natural de los procesos termodinámicos, impidiendo que el calor pasara del cuerpo de mayor temperatura hacia el de menos.
Maxwell realizó el siguiente experimento mental: consideró un gas encerrado en un recipiente dividido por una pared en dos compartimentos A y B. y que el gas de A tiene más temperatura que el de B, es decir, que, en promedio, la energía cinética de las moléculas en A es mayor que la de las moléculas de B.
En la pared de separación hay una pequeña puerta que un demonio la abre y la cierra para regular el paso de moléculas de un compartimento a otro con el siguiente criterio. Como el demonio es capaz de reconocer la energía de cada molécula, permite, abriendo y cerrando la trampilla,
- Que las moléculas rápidas (más calientes) de B pasen al compartimento A
- Que las moléculas más lentas de A pasen a B.
El resultado es que la energía media de las moléculas de A se incrementa y la energía media de las moléculas de B disminuye; es decir, el sistema caliente se calienta más (aumenta la temperatura) y el frío se enfría más (disminuye la temperatura), y, sin embargo, no se ha hecho trabajo alguno sobre el sistema, sólo se ha empleado la inteligencia de un ser muy observador.
El demonio, simplemente abriendo y cerrando la puertecilla, habrá podido colocar las moléculas frías a la izquierda y las calientes a la derecha. Separando y ordenando las moléculas. En este experimento no se hace ninguna acción sobre las moléculas, el sistema permanece aislado y el demonio simplemente utiliza la información sobre la energía de las moléculas para abrir o cerrar la puerta y poder separar las moléculas, lo que va en contra de la segunda ley de la termodinámica.
El demonio de Maxwell señala una conclusión importante y es que la energía y la información están íntimamente conectadas. De hecho, en 1961, R. Landauer (1927-1999) formuló un principio que dice que en cualquier operación lógicamente irreversible que manipule la información como, por ejempo, borrar un poco de memoria en un disco duro, la entropía se incrementa y una cantidad asociada de la energía se disipa como calor, lo que viene a mantener vigente la Segunda Ley de la Termodinámica.
