Fisica

L’entropia
[da Piero Angela, viaggi nella scienza, Garzanti, 1982]

Prendiamo tre cose familiari: il vento, una macchina a vapore e una centrale termoelettrica.
Sono tre cose molto diverse tra loro, ma tutte collegate da uno stesso principio: quello cioè che per produrre movimento, calore, elettricità, o qualsiasi altra cosa, occorre una differenza di temperatura.
Il vento infatti è proprio il risultato delle differenze di temperatura tra vari strati dell’aria. La macchina a vapore utilizza il fatto che l’acqua cambiando temperatura diventa vapore, si espande, e questa pressione può essere trasformata in movimento meccanico.
La stessa cosa vale per una centrale termoelettrica, dove il vapore prodotto fa girare una turbina che aziona un generatore di corrente elettrica.
Se per ipotesi non ci fossero differenze di temperatura non vi sarebbe niente di tutto ciò: non vi sarebbero venti, né potrebbe prodursi il passaggio dall’acqua al vapore; quindi non potrebbe funzionare né una locomotiva né una centrale termoelettrica. E questo qualunque fosse la temperatura ambientale, non importa se alta o bassa.

Per produrre movimento, calore o elettricità occorre sempre una differenza di temperatura. Se cessassero sulla Terra tutte le differenze di temperatura non si avrebbe più vento, né caldaie, né centrali termoelettriche. Tutto si fermerebbe. Anche la vita.

In altre parole, la mancanza di differenze di temperatura condurrebbe a un sistema inerte, praticamente morto, incapace di movimento, di reazioni chimiche, di trasformazioni d’energia, di evoluzione e di vita.
Sarebbe l’entropia generalizzata. Cioè la completa degradazione del potenziale energetico.
Noi, per fortuna, non ci troviamo in questa situazione, almeno per ora (e vedremo poi perché): però le leggi della termodinamica ci spingono continuamente verso questo progressivo livellamento. Per capire meglio le cose facciamo un esempio semplice.
Supponiamo di versare in una bacinella una bottiglia di acqua calda e una bottiglia di acqua fredda.
Se noi riuscissimo a vedere le singole molecole d’acqua ci accorgeremmo che quelle calde sono più agitate, o più « rapide », come si dice, e quelle fredde più calme, o più « lente ».
Venendo a contatto le une con le altre, cosa succede? Esse si mescoleranno naturalmente, e insieme forniranno una temperatura media, cioè acqua tiepida (creando un crescente « disordine » dovuto al rimescolamento delle molecole, contrapposto a una situazione di « ordine » in cui i livelli di temperatura sono separati).
Non solo, ma cominceranno a scontrarsi tra loro, e quelle rapide cederanno energia a quelle lente. Col tempo tenderanno tutte verso una stessa velocità uniforme. Cioè verso una crescente entropia.

Se si versa in una bacinella acqua calda e acqua fredda si ottiene acqua tiepida. Cioè aumenta nel sistema l’entropia (o il «disordine» di molecole). Noi possiamo nuovamente ottenere differenze di temperatura rimettendo l’acqua nel frigorifero o nello scaldabagno: ma cosi facendo consumiamo energia presa altrove, aumentando ancora l’entropia.

Quindi se noi volessimo avere nuovamente acqua calda, per esempio per fare la doccia, o acqua fredda da bere, potremmo fare solo una cosa: aggiungere altra energia nel sistema, prendendola dall’esterno. Per esempio utilizzando uno scaldabagno e un frigorifero (e consumando elettricità). Avremmo così nuovamente acqua calda e fredda. Ma solo provvisoriamente. Fin quando c'è energia. Perché una volta esaurita questa energia esterna l’acqua messa nello scaldabagno e quella messa nel frigorifero tornerebbero a convergere verso una stessa temperatura: quella ambientale.
In altre parole, per mantenere l’acqua costantemente calda o fredda occorrerebbe una fonte energetica continua e inesauribile. Altrimenti in assenza di nuova energia pian piano non solo l’acqua, ma tutto il sistema si livellerebbe verso una temperatura uniforme, verso un’entropia sempre più diffusa. Che diverrebbe totale se il sistema fosse chiuso, cioè isolato.