La Termodinamica applicata alla legge di Murphy
In un sistema chiuso l’entropia aumenta inesorabilmente,
in un sistema aperto di sicuro non diminuisce

L’altro giorno me ne stavo da solo in piedi ai bordi del cantiere, nell’aria ancora satura della recente pioggia e guardavo sconsolato lo scavo che era franato in alcuni punti, chiedendomi come mai, nonostante tutti gli sforzi profusi, non fosse stato possibile fare le fondazioni nelle precedenti settimane di bel tempo.
L’esperienza insegna che è vera la prima legge di Murphy: “Se qualcosa può andar male, lo farà”.
Seguono i corollari: “Ogni soluzione genera nuovi problemi” e “Se c’è una possibilità che varie cose vadano male, quella che causa il danno maggiore sarà la prima a farlo”.
Eppure ci deve essere dell’altro, le ragioni di questa particolare (e sgradevole) evoluzione dei processi devono essere più profonde perché non è credibile che l’insuccesso costante del tentativo di mettere ordine nelle cose, derivi da una sorta di Peccato Originale.

La seconda legge della termodinamica
I processi che percepiamo sono a senso unico: sembra strano ma è proprio così. Tutti i processi che avvengono in natura procedono in un solo senso e mai, di loro spontanea volontà, procedono in senso inverso. La direzione nella quale avvengono i processi naturali è la stessa della freccia del tempo.
1) Il mattone cade a terra (nel migliore dei casi) dal ponteggio e non lo si è mai visto risalire da solo.
2) Il caffè dimenticato sul tavolo si raffredda e non lo si è mai visto scaldarsi nuovamente da solo.
3) Una goccia d’inchiostro messa nell’acqua si distribuisce nel recipiente e non si è mai visto che le singole molecole si radunino nuovamente da sole a formare una sfera.
Questi esempi sono tutti processi irreversibili in natura ma, in ogni caso, anche l’ipotetica “inversione” degli eventi non comporterebbe comunque la violazione del principio di conservazione dell’energia.
1) La terra potrebbe cedere un poco d’energia al mattone e scagliarlo in alto e (casualmente) nella stessa posizione. Ma non lo fa.
2) L’aria attorno potrebbe trasferire l’energia termica al caffè. Ma non lo fa.
3) Le molecole d’inchiostro che si muovono libere nell’acqua potrebbero trasferirsi simultaneamente in uno stesso punto e senza neanche bisogno d’energia. Ma non lo fanno mai. Infatti non è l’energia che controlla il senso dei processi irreversibili ma è un’altra proprietà che si chiama “entropia” (simbolo S).
Il principio d’entropia è il seguente: quando in un sistema chiuso avviene un processo irreversibile, l’entropia del sistema aumenta sempre: non diminuisce mai.

L’entropia
L’entropia è diversa dall’energia perché non ubbidisce al principio di conservazione: qualunque sia la variazione all’interno di un sistema, la sua energia rimane costante ma la sua entropia aumenta sempre quando si svolgono processi irreversibili.
Per questo motivo l’entropia può essere definita anche come “disordine” e la sua variazione sarà sempre: DS>0. In un sistema aperto può accadere teoricamente che si ritorni alle condizioni originarie (è il caso di una piastra calda che trasferisce calore ad un pezzo metallico, togliendo calore alla piastra calda il pezzo ne trasferisce un poco alla piastra stessa che torna alle condizioni di partenza) ma non ci dovrebbe essere alcuna dissipazione d’energia, nessun attrito ecc. In questo caso (puramente teorico) la variazione entropica sarà: DS=0 ma non potrà accadere mai che essa sia inferiore a zero.

Ordine e disordine
Stephen Hawking, noto fisico teorico che, all’Università di Cambrige, regge la cattedra lucasiana (la stessa di Isaac Newton), afferma: “È possibile creare ordine dal disordine … ma per fare ciò occorre un consumo d’energia e ciò conduce alla diminuzione della quantità di energia ordinata disponibile.”
“La seconda legge della termodinamica è la formulazione precisa di quest’idea. Essa afferma che l’entropia di un sistema isolato non diminuisce mai col passare del tempo; inoltre quando due sistemi si uniscono assieme, l’entropia del sistema combinato è maggiore della somma dei sistemi di partenza presi singolarmente.”
Secondo le più recenti teorie fisiche il nostro universo è un sistema chiuso, senza confini come la superficie di un pallone, in espansione ma ripiegato su se stesso grazie agli effetti gravitazionali sullo spazio-tempo.
Questo tipo d’universo sembra adeguato alla seconda legge della termodinamica che determina anche la nostra percezione della freccia del tempo rivolta in avanti. Infatti, normalmente, ci ricordiamo del passato e non del futuro.
Ma se tutti i processi naturali ubbidiscono a questa legge e l’entropia aumenta sempre come faremo a salvarci dal caos?

Conclusioni
È vero che la seconda legge della termodinamica è una legge statistica, e cioè non vale sempre ma nella maggioranza dei casi, ma le probabilità che vi siano processi reversibili tendenti all’ordine sono infinitesimali.
Dopo questa approfondita analisi possiamo dichiarare vera anche la Costante di Murphy: “Le cose vengono danneggiate in proporzione al loro valore” e la versione relativistica “Tutto va male nello stesso tempo”, ma dobbiamo aggiungere la versione termodinamica: “L’universo tende al caos ed ognuno contribuisce in proporzione alla sua energia.” (Legge dei Periti).

Bibliografia
Piero Merluzzi
folio 01/2007
(organo ufficiale del CNPI)