Entropia
Dal Big Bang a birre ghiacciate
A cura di Matteo Magherini
Perché quando ci alziamo assonnati e andiamo a rovistare nel cassetto della biancheria non c’è verso di prendere due calzini uguali? Perché vostra madre ci mette ore a mettere ordine nella vostra camera? Perché l’acqua si scalda?
Qui la risposta a queste e innumerevoli altre domande, come ad esempio «perché siamo vivi? »
Cominciamo dall’inizio
In principio ci fu il Big Bang (fidatevi un attimino), tutta l’energia dell’universo era concentrata in un singolo punto, poi chissà come ci fu un BOOM piuttosto forte*.
Lo spazio si espanse, ed ecco che particelle e luce vennero liberati.
Ci volle qualche anno (diciamo molti anni) prima che si venissero a creare draghi viola, pesci, credenze, la torta della nonna, la nonna stessa.
Ad un certo punto arrivarono anche esseri dotati di poteri misteriosi, in grado di capire lingue arcane, possessori di magie oscure, nonostante la loro incapacità nelle relazioni sociali e nel trovarsi una compagna riuscirono a moltiplicarsi e lavagna e gessetto alla mano trovarono teorie che spiegavano più o meno bene come funzionano le cose.
Erano quelli che ora vengono chiamati fisici**. Tali esseri passano ore chiusi sottoterra a lume di candela scrivendo cose incomprensibili, nutrendosi esclusivamente di caffè e guardando video di gattini.
I fisici
Queste strani entità non erano in grado di dare risposte a tutto e avevano bisogno di alcune basi piuttosto solide per poter fare i loro conti, così, quando la madre di uno di loro entrò nel suo studio e si mise ad urlare che, diamine, non “poteva lasciare tutto così”, che le cose non potevano andare, che c’erano panni sporchi ovunque e le carte erano sparse per tutta la stanza, ecco che arrivò l’illuminazione e nacque uno dei principi primi della fisica:
«Mamma, non sono io, è l’entropia che cresce sempre.»
Nonostante la sua ottima trovata il fisico in questione dovette comunque riordinare, passare la scopa, lo straccio, pulire il bagno e finì che era diventato tanto bravo da aprire una ditta di pulizie.
Ma torniamo alla questione principale: cos’è l’entropia?
Fondamentalmente è una misura del caos.
Come io sono alto 187 cm, la vostra stanza è disordinata molti J/K.
Così come con la bilancia pesate quanta pasta buttare prima di mangiare, allo stesso modo potete misurare quanto la vostra stanza sia disordinata, anche se in pratica non esiste un oggetto che faccia questo lavoro (ed è per proteggerci dalle nostre madri, fidatevi anche qui).
I fisici se ne uscirono quindi con il Secondo Principio della Termodinamica:
« In un sistema isolato l’entropia è una funzione non decrescente nel tempo »
O
« L’entropia dell’universo aumenta sempre »
o, ancora, per farla breve
« Le cose tendono a diventare sempre più incasinate »
La prova più schiacciante la avete proprio guardando la vostra camera (o il vostro monolocale): se lasciate le cose a loro stesse, in una settimana non trovate più nemmeno il pavimento.
Entropia e birra
Un altro esempio veloce veloce, per farvi capire che vi sto dicendo qualcosa di sensato, è il fatto che, quando tirate fuori la birra dal frigo, dopo mezz’ora è a temperatura ambiente ed è indiscutibilmente diventata imbevibile.
Perché?
Perché si è scaldata, ovvio.
E che c’entra?
Qui dobbiamo guardare una attimo gli atomi, un attimo solo.
Un oggetto caldo è un oggetto in cui gli atomi di cui è composto si stanno muovendo molto velocemente, hanno molta energia, un oggetto freddo, invece, è uno in cui si stanno muovendo più lentamente (si tratta sempre di spostamenti piccolissimi, corrispondenti a meno di 10 miliardesimi di centrimetri, tranquilli la birra non salterà via dalla vostra mano).
Ora pensate alla via principale della vostra città, il sabato pomeriggio, è Agosto, sono le tre di pomeriggio, in strada resistono solo due o tre attivisti di Greenpeace che vogliono darvi i loro volantini, e se ne stanno fermi immobili, quasi non respirano dal caldo che fa.
Andate avanti di quattro mesi, circa. Sempre sabato pomeriggio, sempre il corso della vostra città. È la vigilia di Natale, tutti che corrono da un negozio all’altro a comprare gli ultimi regali: è il caos totale, non si riesce a passare senza finire a fare a spallate e non ritrovate nemmeno la vostra ragazza che fino ad un attimo fa vi teneva la mano.
Ecco, Agosto corrisponde agli atomi della vostra bottiglia di birra fredda, sono fermi, ordinati, tranquilli; la vigilia di Natale corrisponde agli atomi nella bottiglia calda, tutti in movimento, e non si capisce più nulla.
Come vedete, anche le birre vanno spontaneamente verso il caos.
E, come le vostre camere e le birre, anche l’universo va verso il disordine più totale.
Come? Principalmente grazie all’energia che viene irradiata grazie alle stelle e a tutte quelle cose strane che si scontrano, esplodono e si ricompattano nel cielo. Insomma, viene continuamente liberata energia che viene trasferita alle particelle che vagano libere per il cosmo e che si incontrano e si scontrano nel caos assoluto.
La vita come risultato dell’entropia
Questo principio, che in apparenza potrebbe sembrare una bella spiegazione, ma pur sempre fine a sé stesso, in realtà secondo alcuni sarebbe anche alla base della vita sulla Terra. Il tipo in questione si chiama Jeremy England ed è il primo che è riuscito a fare delle simulazioni sensate su come si sia evoluta la vita a partire proprio dal fatto che il disordine totale tende sempre ad aumentare.
La vita come conseguenza dell’entropia? Cosa c’entra?
Ecco, la sua teoria vuole che, per seguire questo principio, un sistema isolato quale può essere un pianeta tende sempre di dissipare la più grande quantità di energia che gli arriva. Qui, sulla Terra, siamo pieni dell’energia che ci arriva dalla luce solare e la vita era una soluzione piuttosto funzionale per assorbire questa energia e dissiparla di nuovo nell’universo.
E tutto quanto sembra funzionare assai bene, basta fare questo piccolo esperimento mentale:
Pensate a quando c’erano solo rocce sulla Terra, tutti fermi, ok, qualche venticello, ma era tutto abbastanza ordinato e tranquillo, poi sono arrivate le piante, e va bene, le cose si fanno un poco più complicate, ma ancora accettabili.
Poi in un attimo arrivano i pesci, gli anfibi, le scimmie.
Sempre più complicato, ma ancora si può fare.
Ed ecco che arriva la vita come la conosciamo noi: gli uomini, le città, gli ingorghi, la politica.
Direi che la cosa si è complicata molto, dato che eravamo partiti dai soli sassi.
L’entropia ha fatto il suo corso e l’energia in grado di venir dissipata dal nostro pianeta è aumentata notevolmente nel corso dei millenni.
Chissà come finirà.
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.119.038001
http://www.pnas.org/content/114/29/7565.abstract
// articoli interessanti di John England
*per i cari amici fisici pignoli, lo so, non ci fu nessun suono, era per dare l’idea, concedetemi qualche licenza divulgativa di tanto in tanto.
**Mi raccomando, quando siete vicino ad uno di loro muovetevi lentamente e non esponeteli alla luce diretta del Sole.
[Articolo scritto per la categoria di divulgazione scientifica Universitari Uniti per la Scienza.]
