Come si concilia la “Legge dell’entropia” con l’evoluzione?


di Pier Maria Boria

La risposta è alquanto facile per chiunque abbia una solida  base di fisica.

 Il secondo principio della termodinamica afferma:

 “In un sistema isolato l’entropia è una funzione non decrescente nel tempo”

 La Terra non è un sistema isolato, in natura non esistono sistemi isolati (esistono solo nella teoria). Quindi consideriamo l’intero universo come sistema isolato( questo è più verosimile).

Nell’intero universo l’entropia è una funzione non decrescente nel tempo. Questo  vuol dire che se consideriamo solo una piccola porzione dell’universo(non isolata) l’entropia potrebbe anche diminuire mentre in un altra porzione aumenta maggiormente  (in totale aumenta).

Secondo il suo ragionamento allora l’uomo non potrebbe costruire niente perchè il disordine dovrebbe sempre aumentare e questo non ha senso.

A questo proposito le chiedo di informarsi su come si costruiscono i wafer di silicio utilizzati dall’industria elettronica (questo rientra nel mio campo di studi), in cui un macchinario partendo da un piccolo  cristallo di silicio e silicio fuso (entropia alta) riesce a costruire dei grandi blocchi di silicio monocristallino (entropia bassa).

In definitiva in un sistema non isolato l’entropia può anche diminuire. chieda a qualunque professore di fisica.

Io credo che la scienza debba sempre evolversi e magari Darwin avrà fatto degli errori nella sua teoria e si scopriranno  sempre spiegazioni migliori, ma in generale regge molto bene.

 La prego di aggiornare la pagina del suo sito riguardo all’entropia perchè  entropia ed evoluzione conciliano benissimo e la risposta l’ha avuto, se non si fida di me, come le ho già suggerito, chieda a qualunque professore.

 Risponde il Prof. Boria

 Il conflitto tra il concetto di entropia e la teoria evoluzionistica non esiste. Quando ho presentato la Teoria Termodinamica della Creazione al primo congresso creazionista (tenutosi a Milano nell’ottobre 2009) anche il prof. Verolini (in rappresentanza degli evoluzionisti) si espresse subito in questo senso.

Infatti la TTC si conclude con il seguente asserto: “La creazione è una necessità termodinamica” (può confrontare con il testo disponibile nel web, nel mio sito) e, come si sa, coloro che si reputano credenti non hanno difficoltà ad adattarsi al concetto secondo cui il Creatore ha organizzato le cose in modo evoluzionistico (però i discorsi a sostegno, a volte, mi sembrano funambolismi verbali).

L’opposizione all’evoluzionismo fa parte di un altro saggio (sempre reperibile nel mio sito) dal titolo (mi pare ben riassuntivo) “L’evoluzione del nulla”

Veniamo al discorso tecnico ché, qui, casca l’asino (come si suol dire). Il secondo principio della Termodinamica può assumere diverse forme:

Clausius: il calore si trasferisce spontaneamente dal corpo più caldo a quello più freddo (fino all’equilibrio termico). Egli, fondatore del concetto entropico, non parla di universo. La locuzione secondo cui l’entropia dell’universo tende ad aumentare indefinitamente è una battuta, niente di più, anche perché l’universo è, e forse sarà sempre, pieno di misteri: bisogna, comunque riconoscere che detta battuta ha il vantaggio di sembrare logica e molto probabile.

L’avverbio “spontaneamente”, nella definizione di Clausius, è essenziale perché, come Ella ben sa, spendendo energia si può trasferire il calore dal corpo più freddo (che diventerà ancora più freddo) a quello più caldo. Se così non fosse non esisterebbe la Tecnica del Freddo.

In TTC ho parlato in dettaglio del punto di vista clausiano.

Lord Kelvin: una macchina termica (per esempio un motore) deve funzionare con due termostati (dove la parola termostato ha il significato di stato con una data temperatura, come si usa in termologia). Questo enunciato è a cavallo tra il primo ed il secondo principio.

Boltzmann: il più elegante di tutti; scrive la lapidaria (è il caso di dirlo) equazione che introduce l’entropia come logaritmo naturale della probabilità.

La Teoria dell’Informazione Algoritmica si serve del concetto di entropia in un’accezzione che ricorda la precedente, ma, ovviamente, adottando i logaritmi binari.

Come vede la parola “universo” (in senso astronomico) è estranea alle soprastanti definizioni che, in sostanza, si occupano di quei fenomeni che possono essere definiti, con un termine assai generale, “trasformazioni” e, nel caso di trasformazioni in sequenza realizzanti linee chiuse, “cicli”.

Continuando, Zeuner: analogia fra entropia e peso (la trova in TTC, ma l’argomento può portare a fraintendimenti perché il maggior peso assicura maggior energia, mentre la maggior entropia no).

Helmoltz: si esprime in termini qualitativi quando dice che entropia è sinonimo di disordine.

Proprio in base a quest’ultima osservazione possiamo dire che la vita è necessaria per mettere ordine: l’uomo vivo può costruire ciò che vuole (nei limiti delle proprie capacità, ovviamente!), come sostenere il contrario?

Supponiamo che degli astronauti mettano piede su di un pianeta sconosciuto e che vi trovino tre sassi allineati. Già questa potrebbe costituire una sospettabile stranezza. Poi se i sassi fossero quattro o più, o addirittura fossero sistemati a guisa di muro come non pensare alla possibile esistenza di individui intelligenti, ovviamente vivi, che abbiano ordinato in una certa maniera i materiali?

La questione dei sistemi isolati e non, che Ella solleva, prescinde da una osservazione fondamentale: gli esperimenti sono almeno di due tipi, esperimenti possibili (da eseguire materialmente in laboratorio, sul campo o in qualunque altro luogo) ed esperimenti pensati alla cui base ci sta il puro ragionamento. Ciò che non posso realizzare nella pratica lo realizzo nel pensiero.

Ad esempio quando parliamo di una trasformazione adiabatica possiamo stare mezz’ora (e più…) alla lavagna sviscerando l’argomento pur sapendo che in termologia non si conosce un isolante “perfetto” (mentre in elettricità si). Tutti sappiamo che il più efficiente vaso Dewar non potrà conservare a lungo tempo un fluido freddo, mentre una batteria elettrica può conservare la carica per mesi o anni. Tutti gli asserti riguardanti la studiatissima trasformazione adiabatica si basano sull’uso del pensiero razionale e non vedo la meraviglia!

Caro amico mio: quando Ella porge più volte l’invito alla consultazione di professori mi fa molta tenerezza e mi ricorda i miei vent’anni quand’era facile scivolare in atteggiamenti patetici. Cerco di farLe capire il senso vero di quanto voglio comunicarLe, con queste parole, per mezzo di un paio di esempi rimanendo nel tema.

Immagini la lezione sulla trasformazione adiabatica, di cui sopra, fatta dal solito professore (anche chi Le scrive gode di tale titolo, convinto che ciò costituisca… un aggravio di responsabilità): è d’uso dire solamente che in tale trasformazione si conserva l’entropia perché ΔQ=0. E’ una considerazione sbrigativamente riduttiva perché il fatto realmente significativo è che la trasformazione è isoentropica malgrado sia ΔU≠0.

Per convincersene guardi, ora, la medesima trasformazione nei piani (p, v) e (T, S) nel tratto 1;2 del ciclo di Carnot: al punto 1 compete una temperatura, al punto 2 un’altra e, quindi, due diversi valori dell’energia interna U (che generalmente rappresenta il calore non trasformabile in lavoro). Poiché il rapporto U/T (che è l’entropia dello stato) rimane costante la trasformazione è isoentropica.

Infatti, per il primo principio

 

L + ΔU = 0

 

 

e poiché il lavoro è un lavoro esterno di compressione, negativo, in termini finiti misurato da L = p Δv , sarà

 

p Δv = ΔU .

 

Ricorrendo all’equazione generale dei gas perfetti, possiamo scrivere

 

, e poiché per la 1)

 

sarà anche

 

 

, come dire S2 = S1 , c.v.d.

 

Mi sembra che la spiegazione sbrigativa classica manchi del necessario rispetto nei riguardi di una trasformazione che, tra le politropiche, è di gran lunga la più importante!

Vale, anche, la pena di osservare che i due piani su cui abbiamo rappresentato le trasformazioni in figura godono di una medesima e importante proprietà: nel ciclo motore (rotazione oraria) l’area rappresenta il lavoro meccanico ottenibile introducendo nel ciclo una certa quantità di calore, mentre nel ciclo frigorifero (rotazione antioraria) l’area del ciclo rappresenta l’energia da impiegare per ottenere che il calore si trasferisca dal termostato freddo a quello caldo (tanto per usare la già citata terminologia di Lord Kelvin buonanima).

Le faccio un altro esempio: non è vero che l’entalpia di un sistema, ad esempio di un chilogrammo di gas, sia data da

 

H = U + pv,

 

ovvero dalla somma di energia interna e lavoro esterno di dilatazione, come capita di leggere! Infatti non possiamo assolutamente dimenticare i calori latenti che, in certe trasformazioni, giocano un ruolo essenziale (ad esempio nelle trasformazioni dell’aria umida).

Esaminiamo ora la Sua seconda obiezione: trasformazioni spontanee che producono ordine applicate a materiali inerti come nella formazione di un fiocco di neve o di un cristallo in genere.

Ci sono almeno un paio di punti di vista diversi sull’argomento e Le consiglierei di ponderare quello dello stimatissimo Collega Francesco Catalano che può trovare in http:///antidarvin.wordpress.com e che si rifà ad osservazioni in campo biologico.

Ivi si sostiene che il termine ordine nei processi vitali si distingue da quello semplicemente auto-correlato dei cristalli perché è un ordine finalizzato all’esecuzione di un programma che si relaziona all’ambiente (teleonomia). E’ evidente che il programma implica informazione che si deve utilizzare, per scopi ad esempio di crescita, e tramandare nella riproduzione.

Per quanto riguarda la frase da Lei riportata tra virgolette non è nel mio stile e Le sarei grato se me ne indicasse la fonte.

Io riscriverei la prima parte così: “La Termodinamica ci insegna che le trasformazioni spontanee tra oggetti inanimati avvengono nel verso di entropia crescente. In termini di Teoria Algoritmica dell’Informazione ciò equivale a dire nel verso di perdita d’informazione”. Mi permetto di raccomandarLe l’uso abbondante della parolina magica: trasformazione.

Mentre, per la seconda parte, credo che per mostrare l’infondatezza dell’evoluzionismo si debba ricorrere a principi naturali di conservazione e non alla Termodinamica, come sostengo nel già citato saggio “L’evoluzione del nulla”.

Ci tengo a dirLe che quanto Le ho scritto è a braccio: noi, umili ancelle della Scienza e della Tecnica, dobbiamo coltivare questi pensieri e queste vie in modo che essi diventino sangue del nostro sangue, midollo delle nostre ossa, ventricolo del nostro cuore… E così sia anche nel Suo futuro (che, beato Lei, Le sta davanti… a buon intenditor…)

Per finire Le invio sinceri auguri per il Suo corso di studi. Spero che le portino almeno tanta fortuna quanta ne portarono a me gli auguri di Dante Giacosa, emerito ingegnere Direttore Tecnico della produzione motori in Fiat, che me li porse nel corso di una corrispondenza quand’ero studente (quasi cinquant’anni fa!).

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