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Entropia (serie completa) - CURIUSS — Transcript

by CURIUSS · 7,754 words · 1,303 segments · language en · Watch on YouTube

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0:01Nel 1824 un ingegnere francese che si
0:04occupava di macchine a vapore fece
0:05un'analisi dettagliata del processo al
0:08fine di misurarne l'efficienza.
0:10Sadikahno puntò l'attenzione sulle
0:12trasformazioni di energia e calore che
0:15avvenivano all'interno di un ciclo
0:17completo della macchina a vapore. Si
0:20accorse che si poteva definire una
0:21quantità massima di lavoro che una
0:23macchina a vapore poteva realizzare. E
0:24fin qui il punto è che questa quantità
0:27dipendeva soltanto dalla temperatura più
0:29alta e da quella più bassa tra cui si
0:31compiva il ciclo completo e basta.
0:34Carnon non lo sapeva, ma stava
0:36anticipando un concetto che solo qualche
0:38decennio più tardi avrebbe messo
0:39l'umanità di fronte a un'evidenza a dir
0:42poco inquietante. Questo meccanismo
0:45perverso che stava venendo alla luce non
0:47aveva ancora un nome. Nel 1864
0:50Rudolf Clausius, partendo dal fatto che
0:53in greco dentro si dice n e
0:56trasformazione si dice tropé santropè
0:59santa trasformazione.
1:03Clausius, dicevo, pensò bene di
1:05chiamarlo Entropia ed era un nome
1:08appropriato perché l'entropia ci avrebbe
1:11trasformato tutti
1:13dentro proprio.
1:29L'entropia è un concetto tanto
1:31affascinante quanto complesso. Per
1:33capirlo dovremmo mettere molta carne al
1:36fuoco. Avrete forse a un certo punto la
1:38sensazione di perdervi, ma alla fine il
1:40cerchio si chiuderà. Speriamo. Abbiate
1:43fiducia. Saranno tre puntate.
1:46Si parte.
1:49Il mondo in cui viviamo è regolato in
1:51ogni suo istante dalle leggi della
1:53termodinamica. Non saperle è un delitto,
1:57non esageriamo.
2:01Partiamo con qualche definizione
2:03elementare e al tempo stesso
2:05fondamentale. Con la parola
2:06termodinamica oggi si indica
2:08genericamente lo studio delle
2:10trasformazioni dell'energia nelle sue
2:13varie forme. Per parlarne dobbiamo
2:15definire un paio di cose facili facili.
2:17Cosa è un sistema e cos'è un ambiente.
2:21Individuiamo nello spazio una regione,
2:23ossia una quantità di materia finita.
2:25Questa regione, idealmente separata da
2:27ciò che la circonda, la chiamiamo
2:29sistema. Tutto ciò che è esterno e che
2:31eventualmente può influenzare il sistema
2:34viene detto ambiente. Facile, no? Per
2:37adesso queste due definizioni le teniamo
2:39lì e vedrete che ogni tanto salteranno
2:41fuori. Adesso siamo pronti. Si parla di
2:44termodinamica? Non ancora. Prima
2:45dobbiamo perdere qualche minuto per
2:47rispondere a una domanda tutt'altro che
2:49banale. Cos'è l'energia?
2:55Alla metà dell'800 il concetto di
2:57energia non era così chiaro come lo
3:00intendiamo noi oggi, anzi era piuttosto
3:03fumoso. All'epoca la cosa meglio
3:05definita e usata dai fisici era la
3:07forza.
3:07>> Beh, la forza è quella che dà il Gedi,
3:09la possanza. È un campo energetico
3:11creato da tutte le cose viventi.
3:16>> Saranno gli studi sulla termodinamica
3:18insieme ad altre scoperte a mettere sul
3:20gradino più alto del podio delle
3:22grandezze fondamentali della fisica,
3:23quella che oggi chiamiamo energia.
3:25L'energia è una proprietà di tutti i
3:27corpi, ma ha la caratteristica di non
3:29avere un'unica forma. Siamo abituati a
3:32vedere l'energia in vari modi, al punto
3:34che siamo stati obbligati a dare nomi
3:36diversi all'energia a seconda delle
3:39condizioni in cui si trova. Poi a fine
3:41video ci sarà un'ultima considerazione
3:44sull'energia che però adesso ci
3:45porterebbe fuori argomento, quindi è la
3:47fine video poi se volete vederla.
3:49Dicevamo, ci sono varie forme di
3:52energia. Parliamo di energia potenziale
3:54e il nome stesso ci suggerisce che è una
3:56sorta di energia che il corpo ha in
3:58potenza ed è dovuta al fatto che un
4:00oggetto si trova immerso in un campo
4:02gravitazionale. In questo caso dipende
4:04dalla massa, dall'altitudine
4:06dell'oggetto e dall'accelerazione del
4:08campo gravitazionale. Si parla di
4:10energia cinetica che è energia dovuta al
4:12movimento e che dipende dalla massa e
4:13dalla velocità dell'oggetto. Quando ci
4:15sono nel gioco delle forze, l'energia è
4:17lì dietro l'angolo e talvolta può
4:19prendere il nome delle forze a cui è
4:20legata, come ad esempio l'energia
4:22magnetica. Ci sono altre forme di
4:24energia che ci sono familiari, ad
4:25esempio l'energia chimica associata al
4:27carburante, l'energia nucleare o la
4:29comunissima energia elettrica. Ma cosa è
4:31in fondo l'energia? Cosa accomuna tutte
4:34queste forme che abbiamo detto? Anche
4:36qui, risalire all'etimologia della
4:38parola che, tanto per cambiare, è greca
4:40ci è utile. Energia significa capacità
4:44di agire.
4:45che in fisica si traduce come capacità
4:48di compiere un lavoro. In fisica, quando
4:51si parla di lavoro, si intende il
4:53prodotto di una forza per uno
4:54spostamento. Anche il lavoro è una sorta
4:56di energia, non a caso ha la stessa
4:58unità di misura. Se infatti abbiamo dato
5:01nomi diversi alle varie energie, abbiamo
5:03però almeno mantenuto la stessa unità di
5:05misura. L'energia si misura in Jul,
5:07dando onore a James Prescott Jul, un
5:10grandissimo fisico inglese dell'800.
5:13Ora, non è che un corpo possiede solo
5:15una forma di energia. La sua energia la
5:17si può trovare sotto varie forme e non
5:19solo, ma può cambiare forma e talvolta
5:21anche molto facilmente. Prendiamo un
5:23gatto che sta fermo sul tavolo, non ha
5:25energia cinetica, ma ha energia
5:27potenziale. Quando salta giù perde
5:29progressivamente energia potenziale
5:31perché si riduce la sua distanza dal
5:33suolo, ma in compenso prende energia
5:35cinetica perché aumenta la sua velocità.
5:38Si è visto che la somma totale della sua
5:40energia resta costante. Potremmo dire
5:43che l'energia potenziale si è
5:45trasformata in energia cinetica. E quale
5:47materia abbiamo detto si occupa delle
5:49trasformazioni di energia? La
5:51termodinamica.
5:53Eccoci qua, finalmente.
6:05C'è un principio della termodinamica, il
6:08primo per l'esattezza, che dice una cosa
6:10tutto sommato semplice. L'energia in un
6:13sistema isolato dall'ambiente, sistema
6:16ambiente, adesso sappiamo cosa sono.
6:19L'energia, dicevo, di un sistema isolato
6:23si conserva, cioè non si può creare e
6:26non si può distruggere, ma un momento
6:28quando il gatto tocca terra si ferma,
6:30quindi perde la sua energia cinetica e
6:33la sua distanza dal suolo è nulla,
6:35quindi non ha più neanche energia
6:37potenziale e se l'energia si conserva,
6:41allora dov'è finita? C'è un'altra forma
6:43di energia che in questo contesto ci
6:45interessa particolarmente perché, come
6:47vedremo, ha un dettaglio che la rende
6:49completamente diversa, anche se
6:51apparentemente è una delle tante forme
6:54di energia. Spesso compare sotto il nome
6:56di energia termica. L'energia del gatto,
6:59una volta arrivato al suolo, si è
7:01trasformata in calore. A causa delle
7:02deformazioni avvenute al momento
7:04dell'arrivo a terra. Il gatto ha
7:05aumentato la sua temperatura e anche il
7:08pavimento nel punto di appoggio delle
7:09zampe e in realtà un po' anche l'aria
7:12per effetto dell'attrito, a meno che il
7:14gatto non cada nel vuoto. Però
7:16bisognerebbe portarlo in una camera
7:18sottovuoto e il gatto sottoto avrebbe
7:21ben altri problemi. Vabbè, comunque non
7:23divaghiamo. È nell'aumento di
7:25temperatura di gatto, pavimento e aria
7:27che è finita l'energia. la quale dunque
7:29continua a conservarsi, è semplicemente
7:32diventata energia termica e questo ci
7:35porta dritti verso i due protagonisti
7:37dell'affascinante mondo della
7:38termodinamica: temperatura e calore. La
7:42temperatura è facile, la misuriamo, è lo
7:45stato termico di un corpo, cioè la
7:48scala, la scala di temperatura. Le più
7:50conosciute scale di temperatura sono la
7:52scala Fahenhe e la scala Celsius.
7:55Celsius ha come riferimenti la
7:56temperatura a cui il ghiaccio fonde e la
7:58temperatura a cui l'acqua evapora. Non
8:00era il contrario. Cosa no? È che erano
8:03comparsi in sovraimpressione dei numeri
8:08invertiti.
8:10No, Celsius l'aveva fatta così, verrà
8:13invertita successivamente un anno dopo
8:15la sua morte e per noi oggi sono zero
8:17quando l'acqua ghiaccia e 100 quando
8:19l'acqua bolle. L'intervallo è stato poi
8:20diviso in 100 parti che sono per
8:22l'appunto i gradi Celus e la scala
8:25Fahenheit. Daniel Fahenhe è stato un
8:27celebre fisico che perse tragicamente i
8:30genitori a 15 anni per un avvelenamento
8:31da funghi. Viene inviato come
8:33apprendista ad Amsterdam e fin da subito
8:34siamo agli inizi del 7c appassiona di
8:37scienza e di termometri.
8:39>> Questo lo distrae dai suoi incarichi di
8:40lavoro e lo mette nei guai. Ho capito,
8:42ma per fuggire dall'obbligo di imbarco
8:44su una nave olandese della Compagnia
8:46delle Indie orientali scappa fra
8:48Germania e Danimarca. e fa una serie di
8:50incontri con personaggi affascinanti.
8:53Diventa soffiatore di vetro, produce
8:55importanti strumenti meteorologici e
8:56alla fine si installa allia. Ok. Passa
8:59pure in Inghilterra e lo eleggono membro
9:01della Royal Society. Certo, ma ma e non
9:03si è mai sposato.
9:05Piccola parentesi di gossip, ma la scala
9:09Fahenhe, beh, Daniel Fahenhe ha preso
9:12anche lui un riferimento base. E cosa ha
9:16preso? Siccome era nato ad Anzica, si è
9:18detto come riferimento base cosa prendo?
9:22Prendiamo la temperatura più fredda di
9:25quel rigido inverno che passai ad Anzica
9:27tra il 1708 e il 1709.
9:32Poi in realtà ha affinato la cosa e ha
9:34cercato di trovare la temperatura a cui
9:36ghiacciava l'acqua. No, una miscela di
9:40acqua e cloruro di ammonio. Ma perché?
9:43Vabbè. E l'altro riferimento, perché ce
9:45ne vogliono due per fare una scala, il
9:47riferimento quello più alto ha preso la
9:50temperatura del sangue di un cavallo. Un
9:53cavallo,
9:55ma un un cavallo in particolare o a
9:59caso?
10:01A caso. Poi ovviamente tra questi due
10:04intervalli doveva dividere, cioè fare la
10:06scala. Ho come la sensazione che non
10:08abbia diviso in 100 parti come uno sano
10:10di mente, vero? No, infatti. E del
10:12resto, se prendi come riferimento la
10:14temperatura del sangue di un cavallo,
10:17non stai benissimo. Fahrenhe divide
10:19l'intervallo trovato in 12 parti. Vabbè,
10:23poi però si accorge che cosa è? Che
10:26vengono troppo distanti una dall'altra e
10:29quindi divide a sua volta lo spazio che
10:32c'è fra un grado e l'altro in un numero
10:34di parti uguali. 10
10:378 Quindi questo divide i due estremi in
10:4012 * 8 96. parti.
10:46Dicevamo che la temperatura è un numero
10:48che sta sostanzialmente a definire la
10:50capacità di un corpo di trasferire
10:52calore. Sembra un concetto facile, ma
10:54cadere in errore su questo tema è un
10:56attimo. Come le capre, per loro stare
10:58sulle pareti praticamente verticali è
11:00semplice, ma metti lo zoccolo nel posto
11:03sbagliato e ah cosa c'entrano le capre
11:06adesso, no? Che stanno lì, sembrano
11:08bidimensionali. Il calore, dicevamo,
11:11vediamo di mettere gli zoccoli nei punti
11:14giusti.
11:14>> Vedi che le capre
11:15>> basta. Inizialmente termodinamica stava
11:18a indicare la scienza del calore. Solo
11:20successivamente, quando ci si rese conto
11:23che il calore era un po' diverso da come
11:25si pensava, la parola cominciò a
11:27indicare, come abbiamo visto, lo studio
11:29delle trasformazioni dell'energia nelle
11:31sue varie forme, perché il calore non lo
11:33si è definito da subito in modo esatto.
11:35Come tutte le cose, si è dovuto
11:37procedere per gradi, come la
11:38temperatura.
11:40procede per
11:48il calore è definito come l'energia
11:50scambiata in funzione della temperatura.
11:53Se non viene trasferita energia non si
11:55parla di calore, quindi non è molto
11:57logico parlare di calore contenuto in un
11:59corpo. Il calore si assorbe o si cede,
12:02si scambia ma non si contiene. Ma un
12:04attimo, il calore è l'energia che un
12:07corpo scambia in funzione della
12:10temperatura.
12:12Sad di carn.
12:14Ricordate all'inizio del video il lavoro
12:16della macchina a vapore dipendeva solo
12:18dalle temperature.
12:20Ci stiamo arrivando. Aiutiamoci con un
12:22esempio perché è una cosa sottile questa
12:24e vale la pena sottolinearla. Se io
12:26scaldo un oggetto gli trasferisco
12:27dell'energia e lo faccio tramite la
12:29differenza di temperatura che c'è tra
12:31l'oggetto e la sorgente di calore che
12:33avrà una temperatura più alta perché
12:35sennò che sorgente di calore è? Metto a
12:37bollire l'acqua sulla fiamma. L'energia
12:39viene trasferita all'acqua perché la
12:41fiamma ha una temperatura maggiore
12:42dell'acqua, in realtà si trasferisce al
12:44padellino che la trasferisce all'acqua,
12:45ma non è questo il punto. Raffreddarlo è
12:47l'inverso. Trasferisco parte
12:49dell'energia di un corpo mettendolo a
12:51contatto con un corpo più freddo. Ad
12:52esempio lo metto in frigo. Lo so che
12:54detta così sembra una banalità, ma
12:55vedrete che nella prossima puntata
12:58questo ragionamento elementare apparirà
13:01in tutto il suo potere devastante. Sì,
13:03siamo arrivati alla fine di questo primo
13:05capitolo della serie sull'entropia, ma
13:07ci concediamo il lusso di un'ultima
13:10considerazione. Se l'energia si conserva
13:12sempre, allora perché sentiamo spesso
13:15parlare di problema energetico? Si dice
13:18che dobbiamo risparmiarla, non
13:20consumarla. Che senso ha? Abbiamo un
13:22bellissimo principio che dice che si
13:24conserva. In realtà il vero problema non
13:27è l'energia, è l'entropia.
13:39Con la prossima puntata andremo diretti
13:41alla definizione di entropia per
13:43scoprire che non c'è una definizione di
13:46entropia. Ce ne sono tante e ognuna ha
13:48qualcosa di interessante da raccontarci.
13:50Alla prossima. Ah, già il discorso sulle
13:52sull'energia. Il discorso sull'energia.
13:54Siamo in un'epoca in cui si sente spesso
13:56parlare di energia a sproposito quando
13:59sentiamo frasi del tipo "Ah, qui c'è una
14:02bella energia" oppure "ahh, siamo
14:04connessi con l'energia dell'universo."
14:07Bisogna ricordarsi che non si sta
14:08parlando di energia in senso
14:10scientifico, ma di aspetti legati alla
14:13suggestione che certi luoghi o certi
14:15fatti esercitano sulle persone. In
14:17questi video, quando parliamo di
14:18energia, parliamo di qualcosa che ha una
14:20definizione precisa e che si misura.
14:22Intendiamoci, nell'utilizzo della parola
14:24energia, fuori dal contesto fisico, non
14:26c'è nulla di male. È una parola che si
14:27presta ad assumere valenze diverse,
14:30basta riconoscerlo. Ciò che è male è
14:32quando si cerca di utilizzare le
14:33scoperte scientifiche per validare o
14:35dare un sapore più concreto a idee molto
14:37aleatorie e fitti che appartengono ad
14:39altri mondi che scientifici non sono. Il
14:41fatto che nella massa sia contenuta
14:43dell'energia, ad esempio, non è affatto,
14:45come talvolta si sente dire la
14:47dimostrazione che certi pensatori
14:48orientali migliaia di anni fa avevano
14:50ragione perché parlavano dell'energia
14:52contenuta in un corpo. E da lì il
14:54discorso spesso prosegue sostenendo che
14:56Einstein non avrebbe scoperto
14:57nient'altro che cose già dette o scritte
14:59in sacrii. Se io affermo che all'interno
15:02della massa è contenuta un'energia senza
15:03dare una spiegazione valida e senza fare
15:05esperimenti in grado di dimostrarlo, non
15:07sto dicendo nulla di importante. Poi
15:102000 anni dopo, qualcuno lo dimostra, io
15:12non sono stato un veggente o uno che
15:14aveva capito tutto in anticipo, perché
15:16non ho dimostrato di averlo capito, ho
15:18solo detto una cosa senza sapere
15:19esattamente cosa significasse. Ogni
15:21tanto qualcuno fa sei al Super Enalotto.
15:24Nessuno di noi dirà mai che è un
15:25veggente o che aveva capito tutto in
15:27anticipo. diremo soltanto che è stato
15:30fortunato.
15:49L'entropia non l'abbiamo ancora
15:50definita, ma come i più astuti di voi
15:52avranno capito è strettamente connessa
15:54al calore. Il calore è un'energia
15:57diversa da tutte le altre ed è arrivato
15:58il momento di parlarne perché è diversa
16:00per un solo minuscolo dettaglio che è
16:03quello che fa sì che l'universo sia
16:04fatto come lo vediamo, o meglio, che
16:07l'universo esista. Quindi di conseguenza
16:10anche noi vale la pena conoscerlo. Per
16:12questo nella prima puntata dicevo che è
16:14un delitto non sapere. Basta con sta
16:16storia e basta anche capre. È arrivato
16:19il momento di saltare a piedi pari nel
16:22secondo principio della termodinamica.
16:28Nella termodinamica ci sono tre celebri
16:30principi che sono stati scoperti
16:32simpaticamente in ordine sparso. Prima
16:34si è notato il secondo, dopo si è
16:36enunciato il primo, poi è arrivato il
16:37terzo e infine dulcis in fondo è stato
16:39scritto quello che viene chiamato
16:41principio zero. A confronto la saga di
16:43Star Wars è ordinata. Perché sono stati
16:47messi in questo ordine? Beh, l'ordine in
16:49cui li conosciamo oggi rappresenta un
16:51ordine concettuale. In particolare, il
16:53primo principio sta a monte del secondo,
16:56anche se, al di là del principio zero,
16:58che è una definizione di equilibrio
16:59termico necessaria da un punto di vista
17:01formale, le tre celebri leggi della
17:03termodinamica parlano in fondo della
17:06stessa cosa e girano attorno allo stesso
17:09concetto. C'è un modo simpatico di
17:11enunciarle. La prima dice che non puoi
17:13vincere, la seconda dice che non puoi
17:15neanche pareggiare e la terza dice che
17:18non puoi non giocare. Per questo le tre
17:20leggi della termodinamica sono in fondo
17:23una sola legge che dice che siamo
17:25obbligati a giocare una partita, che
17:27perderemo.
17:37Un tempo dopo aver inventato la macchina
17:39a vapore fece Capolino un'idea, una
17:42sorta di sogno. Creare un moto perpetuo
17:44per dare propulsione a una nave.
17:46Occorreva solo riuscire ad assorbire il
17:48calore del mare e trasformarlo in
17:51energia propulsiva, in pratica in
17:53lavoro. Nella seconda metà dell'8 tale
17:55Thomson, meglio noto come Lord Kelvin,
17:57smorza gli entusiasmi. Stando ai suoi
18:00studi, è impossibile estrarre calore da
18:02una sorgente a temperatura costante e
18:04convertirlo completamente in lavoro
18:06senza causare altri cambiamenti
18:08nell'ambiente circostante. È una
18:10sentenza. Non si può convertire
18:12completamente il calore in lavoro.
18:15Calore e lavoro si somigliano, entrambi
18:18rappresentano un modo di trasferire
18:20energia, ma non sono equivalenti, nel
18:22senso che non possono scambiarsi
18:24completamente l'uno nell'altro. Questa
18:26considerazione è di fatto una precisa
18:28definizione del fenomeno che chiamiamo
18:30entropia. Teniamola in sospeso per un
18:32momento, poi qui ci torniamo. Sì, perché
18:34questa benedetta entropia, se è una
18:37grandezza fisica, ce l'avrà una formula.
18:39Per chiudere il cerchio torniamo a Carn.
18:42Studiava quelle che si chiamano macchine
18:44reversibili. Una macchina reversibile è
18:46una macchina in cui abbiamo immesso del
18:48calore Q1 alla temperatura T1 e dopo che
18:52il ciclo si svolge e produce del lavoro
18:54W che sta per work, alla fine c'è del
18:57calore Q2 alla temperatura T2. Il fatto
19:00che sia reversibile implica che svolgere
19:02il ciclo in una direzione o nella
19:04direzione inversa è esattamente la
19:06stessa cosa. Carn fa i suoi ragionamenti
19:08senza appoggiarsi a nessuna legge di
19:10conservazione dell'energia. Dice che se
19:12vogliamo ottenere del lavoro da una
19:13macchina deve esserci una variazione di
19:16temperatura e questo è intuitivo. Se
19:18voglio che il calore fluisca deve
19:19esserci un dislivello di temperatura.
19:21Attenzione, è intuitivo, ma non è
19:23scritto da nessuna parte.
19:26Cioè, scritto lì, però non è l'ho
19:28scritto io adesso, nel senso, poi
19:30torniamo anche a questo. Ve l'avevo
19:32detto all'inizio della prima puntata che
19:33era un po' incasinato, ma vedete che poi
19:35alla fine ci raccapezziamo. Altra cosa
19:38fondamentale che si deduce dallo studio
19:39delle macchine reversibili è che alle
19:42medesime condizioni di temperatura
19:45nessuna macchina può compiere più lavoro
19:47di una macchina reversibile. La
19:49conclusione di Carnon è davvero
19:51brillante e inaspettata. In una macchina
19:53reversibile che assorbe un certo calore
19:55alla temperatura T1 e lo cede alla
19:57temperatura T2, il lavoro che si ottiene
20:00non dipende dalla struttura della
20:02macchina. Non a caso l'abbiamo detto
20:03all'inizio della prima puntata,
20:05ricordate, dipende solo dalle
20:06temperature T1 e T2. dipendeva soltanto
20:09dalla temperatura più alta e da quella
20:11più bassa tra cui si compiva il ciclo
20:13completo. l'avevamo detto,
20:16quel lavoro è una proprietà universale,
20:19dunque, non solo, ma per quanto le
20:21conclusioni di Carnot siano dimostrabili
20:23con un ciclo che utilizza un gas
20:24perfetto, il risultato ci porta ad
20:26affermare che anche la sostanza che
20:29utilizziamo non conta e questa è la vera
20:32grande regola della termodinamica, ossia
20:35che le proprietà di una sostanza sono
20:37limitate, perché non posso costruire
20:39sostanze che mi permettano di avere più
20:41lavoro alle medesime temperature in un
20:43ciclo reversibile. Ci si era accorti
20:45dunque che temperatura e calore erano
20:47strettamente legati e soprattutto ciò
20:49che risultava dalle dimostrazioni è che
20:51restava costante il loro rapporto, ossia
20:54che in una macchina reversibile esiste
20:56questa relazione.
20:59Questo, come disse Fiman in una celebre
21:01lezione al Caltec, è il centro
21:03dell'universo, della termodinamica.
21:05Quando si trova un rapporto che,
21:07indipendentemente dal valore dei suoi
21:08elementi, resta costante, beh, i fisici
21:11muoiono dalla voglia di dargli un nome
21:13perché sanno che quella cosa lì è
21:15importante. Il rapporto tra calore e
21:17temperatura prese, per l'appunto il nome
21:20di entropia. L'entropia è una funzione
21:22di stato, ossia dipende soltanto dallo
21:25stato, cioè dal volume, dalla
21:26temperatura, cioè non dipende dal
21:28cammino percorso per arrivare a tale
21:30stato. In un ciclo reversibile, quindi
21:32non c'è alcuna variazione netta di
21:33entropia, ossia l'entropia resta
21:35costante, lo si evince dalla formula. si
21:38definì con un'espressione la differenza
21:39di entropia fra due differenti stati di
21:42un sistema, ma per definire l'entropia
21:44in modo assoluto bisognava poter
21:46valutare l'entropia almeno per uno stato
21:48particolare. Così una volta che ne so
21:50uno con la formula delle differenze e
21:51trovo anche quello degli altri. Per un
21:53po' di tempo si pensò che l'entropia
21:55assoluta non volesse dire
21:56sostanzialmente nulla, ma contassero
21:58solo le differenze di entropia fra uno
22:00stato e l'altro. Finché il chimico
22:01Walter Herman Nerst non dimostrò quello
22:04che divenne noto come il terzo principio
22:07della termodinamica, dice che l'entropia
22:09di qualsiasi oggetto allo zero assoluto
22:11è 0.
22:14Sapendo che a t uguale 0 Kelvin
22:16l'entropia è zero e sapendo la formula
22:19per calcolare le differenze di entropia
22:21possiamo ricavare l'entropia in tutti
22:22gli altri stati. Ma avevamo detto sempre
22:24nel primo video che il nome di entropia
22:26era stato assegnato da Rudolf Clausius.
22:28Cosa aveva notato lui per pensare di
22:30dargli addirittura un nuovo nome? La
22:32stessa cosa che aveva notato Thompson,
22:35Ma che tutt'altro. Clausius si basò
22:38sull'osservazione che in natura, in
22:40qualsiasi trasformazione che implica un
22:42trasferimento spontaneo di energia, il
22:45calore fluisce dal corpo caldo a quello
22:49freddo. Ricordate l'esempio la fine del
22:50primo video dell'acqua nel padellino?
22:52L'abbiamo detto poco fa, sembra ovvio
22:54che il calore passi dal corpo caldo a
22:56quello freddo, ma non lo è. Col denaro,
22:59ad esempio, non è affatto scontato che
23:01chi ne ha di più lo a chi ne ha di meno.
23:06Se chi ha di più desse sempre a chi ne
23:08ha di meno, non ci sarebbero i ricchi e
23:11i poveri.
23:14>> Col calore succede, invece, è una
23:16questione fisica. Carnon aveva visto che
23:18se prendeva due corpi alla stessa
23:20temperatura non scambiavano calore. Ma
23:23non è così ovvio, perché non potrebbe
23:25essere che uno si scaldi a spese
23:27dell'altro che invece si raffredda.
23:29Oppure ancora perché due corpi con
23:31temperature differenti, messi a
23:33contatto, tendono a raggiungere un
23:35equilibrio termico? Perché quello più
23:37caldo non diventa ancora più caldo e
23:38quello più freddo ancora più freddo?
23:41Oppure perché non se ne restano
23:42beatamente tutti e due alla loro
23:44temperatura? In sostanza, perché il
23:46calore fluisce sempre dal corpo più
23:49caldo a quello più freddo, non lo si
23:51sapeva. Semplicemente si osservava che
23:54la natura funziona così. A partire da
23:56questa osservazione, Clausius enunciò un
23:58principio molto interessante, disse:
24:01"Non è possibile realizzare una
24:02trasformazione nella quale il solo
24:05risultato sia il trasferimento di calore
24:07da un corpo più freddo a uno più caldo."
24:10Il solo risultato, occhio, è chiaro che
24:12io posso trasferire calore da un corpo
24:15freddo a uno più caldo, ma devo fare
24:18qualcosa, devo spendere del lavoro, devo
24:21sbattermi, altrimenti non si riesce.
24:24come avere un appuntamento a cena con
24:26Scarlett Johanson,
24:28cioè non è che ti chiama lei, devi darti
24:33da fare per quello che io non sono mai
24:36riuscito perché sono pigro. Clausus
24:39dunque trova anche lui una sorta di
24:41asimmetria nel discorso, cioè che il
24:43calore fluisce spontaneamente solo in
24:45una direzione, ma è una asimmetria
24:48completamente diversa da quella trovata
24:49da Thomson che invece aveva notato che
24:52non ci poteva essere la totale
24:54conversione di calore in lavoro. È una
24:56cosa strana perché entrambi stanno
24:58definendo l'entropia, eppure parlano di
25:00due cose diverse. Per capirlo torniamo
25:03un attimo all'energia. Abbiamo visto la
25:04scorsa puntata varie forme di energia:
25:06potenziale, cinetica, chimica, termica,
25:08nucleare, eolica.
25:10>> Ma per il discorso che ci accingiamo a
25:12fare adesso, possiamo suddividere
25:14l'energia in due semplici categorie:
25:17energia utile ed energia inutile. Le
25:21forme utili sono l'energia potenziale,
25:24cinetica, chimica, nucleare, eolica.
25:26Tutte. Ne manca una, una sola, quella
25:30termica che va messa nella lista delle
25:34energie inutili, quindi non è che sia
25:37proprio una gran lista. In effetti,
25:39andiamo a vedere cosa si intende per
25:42energia utile.
25:57Supponiamo di voler fornire a Gualtiero
25:59dell'energia, diciamo 50.000 jou.
26:03Potremmo metterlo a un'altezza di 1000 m
26:05da terra, oppure lanciarlo a una
26:07velocità di 140 m/s,
26:10oppure alzare la temperatura del suo
26:12corpo di 3°, oppure ancora rifornirlo di
26:15un etto di crocchette che credo che sia
26:18la soluzione preferibile. Il nocciolo
26:19del discorso sta nel fatto che le forme
26:21di energia di cui abbiamo detto non sono
26:24equivalenti. Aumentare la sua
26:26temperatura, ossia fornirgli questi
26:2750.000 Jou tramite energia termica non è
26:31la stessa cosa. Vediamo perché.
26:38L'energia utile è energia libera, è
26:40quella che possiamo utilizzare per fare
26:43del lavoro. Se vogliamo banalizzare,
26:44diciamo che questa energia consiste
26:46nell'esercitare una forza per spostare
26:49un oggetto. Prendiamo sempre Gualtiero
26:51che cade dal tavolo. Ipotizziamo cada su
26:53una catapulta. Se io metto un oggetto
26:56sulla catapulta, posso farglielo
26:58spostare. Sfrutto la sua energia
26:59cinetica per compiere un lavoro,
27:02sollevare un oggetto in questo caso.
27:04Insomma, io utilizzo energia potenziale,
27:08gualtiero sul tavolo, la trasformo in
27:10cinetica, salta giù dal tavolo e la
27:13trasformo in lavoro. Alza la capra.
27:19C'era una capra. mi è stata utile.
27:21Ovviamente se il mio scopo era quello di
27:23far salire la cofra. Ma se io scaldo il
27:27gatto, l'oggetto non lo sposto.
27:30L'energia termica non sembra esserci
27:32molto utile in questo caso non posso
27:34neppure ritrasformare questa energia
27:36termica in cinetica e potenziale.
27:40In pratica l'energia termica è energia
27:42inutilizzabile. Per capirci, se scendete
27:44le scale seduti sulla ringhiera, alla
27:46fine avrete i glutei belli caldi, però
27:49non è che se vi scaldate il sedere
27:51risalite alle scale. Energia termica,
27:53dunque calore. sempre lui. Andiamo un
27:57pelo nel dettaglio. Cerchiamo di capire
27:59perché il calore è il brutto natroccolo
28:02della nidiata delle energie.
28:07Il calore lo si associa spesso
28:09all'agitazione molecolare. Sappiamo che
28:11un corpo è tanto più caldo quanto più le
28:14molecole che lo compongono sono agitate.
28:17Questa agitazione è dunque un movimento,
28:19per cui in fin dei conti si potrebbe
28:21ricondurre il calore al concetto di
28:24energia cinetica che è energia utile.
28:27Infatti non a caso si parla di energia
28:29cinetica interna per dar conto proprio
28:31dell'agitazione molecolare. Di fatto
28:33però la misura del livello di agitazione
28:35delle molecole
28:36>> mo
28:37>> non è il calore, è quello che noi
28:40chiamiamo temperatura. Se nella dinamica
28:42che studia il moto dei corpi la
28:43variabile fondamentale è il tempo, in
28:45termodinamica la variabile fondamentale
28:48è la temperatura. Il concetto di calore
28:50è più correttamente da legare, come
28:52abbiamo visto nella prima puntata, a dei
28:54processi di trasferimento di energia.
28:57Per farla breve, quando un sistema
28:59compie una trasformazione, l'energia
29:01trasferita con mezzi non meccanici viene
29:04detta calore. Avevamo visto con Carnot
29:07che l'entropia rimane invariata solo nel
29:09caso di processi completamente
29:11reversibili, ma nella realtà questi
29:14processi non esistono. C'è sempre un po'
29:17di energia che viene trasformata in
29:19calore nei vari passaggi e che impedisce
29:21al processo di essere completamente
29:23reversibile e di conseguenza fa
29:25aumentare l'entropia. perché si sviluppa
29:28del calore. Il processo reversibile è un
29:30processo ideale, pertanto nella realtà
29:33ad ogni trasformazione un po' di energia
29:35diventa inutilizzabile e si assiste a un
29:39aumento dell'entropia. Ricordate che
29:41dicevamo che l'entropia è una funzione
29:43di stato. Se la misuriamo all'inizio del
29:45processo avrà un valore misurata allo
29:47stato finale avrà un valore maggiore,
29:49non potrà mai diminuire perché abbiamo
29:50visto che nel processo ideale di
29:52macchina reversibile l'entropia non
29:54varia. Se diminuisse, vorrebbe dire che
29:56il sistema ha guadagnato energia nel
29:58processo, ma sappiamo dal primo
29:59principio della termodinamica che
30:01l'energia di un sistema non può variare,
30:03si può solo trasformare. E ipotizzando
30:06di partire con tutta energia
30:08utilizzabile, durante le trasformazioni
30:10che avvengono, succede sempre che un po'
30:12di energia diventi energia termica e
30:14dunque inutilizzabile. Per spiegarmi
30:16meglio utilizzerò il classico esempio
30:18che usano tutti i grandi fisici, ossia
30:21l'esempio di Melan Lauran. Vi starete
30:24chiedendo perché proprio Melanie Laurent
30:26e perché io sono un seducteur. Un
30:28seducteur.
30:30Allora, veniamo a noi. Supponiamo di
30:33dare 10 monetine da €1 a Melanie e di
30:36dire mettitele in tasca e percorri 2 km,
30:39dopodiché ti chiederemo quante ne hai
30:41ancora in tasca. Supponiamo che Melan
30:44abbia le tasche dei suoi pantaloni in
30:45ottimo stato e quando arriva alla fine
30:48della sua passeggiata ci dà le 10
30:50monetine da €1. Questo potremmo
30:52definirlo come una sorta di processo
30:53reversibile, cioè nel senso melan il
30:55fatto che abbia fatto questo percorso,
30:57abbia mantenuto i suoi €10, beh, insomma
31:00potrebbe fare esattamente il percorso
31:01all'inverso e mantenerebbe i suoi €10.
31:04Viceversa, se alcune tasche dei
31:05pantaloni di Melanillo Ram fossero
31:07buche, beh, potrebbe essere che lei
31:09durante il percorso perda qualche moneta
31:12e alla fine arrivi e quando le diciamo
31:14"Allora, quante monete c'hai?" lei tiri
31:16fuori magari 6 7 8 monete, quindi ha
31:19perso delle monetine durante la strada.
31:22quelle monete perse sono l'entropia
31:25e capite bene che non può che aumentare,
31:28cioè nel migliore dei casi Melanie avrà
31:30ancora i suoi €10, ma se le sue tasche
31:32sono buche è molto probabile che alla
31:35fine del percorso qualche cosa abbia
31:37perso. Se poi qualcuno per strada da
31:40terra li raccoglie e glieli ridà, beh,
31:42quello non c'entra niente perché
31:43vorrebbe dire che il sistema sta
31:45interagendo con l'ambiente. Noi quando
31:47parliamo di entropia parliamo di sistema
31:48isolato. In questo caso Melan coi suoi
31:51€10 in tasca che cammina senza nessuna
31:54interazione con gli altri. Beh, non può
31:57che arrivare con €10 o meno. Per cui
32:01l'entropia non può che aumentare.
32:03L'entropia, ricordiamo, sono i soldi che
32:05lei perde per strada.
32:07>> Qua.
32:08>> Tornando al nostro discorso, l'entropia
32:11mi dà conto di quanta energia inutile
32:14c'è in un sistema. È facile notare che
32:16più l'energia inutile è alta, più è alta
32:18l'entropia. Sono direttamente
32:20proporzionali. Eccoci di fronte a
32:22un'altra e molto conosciuta definizione
32:24del secondo principio della
32:25termodinamica, ossia che l'entropia in
32:27un sistema isolato non può che
32:29aumentare, cioè va in un solo verso. Ed
32:33ecco il legame con Clausus. Il calore si
32:35spostava sempre dal corpo più caldo a
32:38quello più freddo. Aveva un solo verso.
32:41Ma questa nuova definizione è correlata
32:43anche a quella di Lord Kelvin che diceva
32:45che non si può trasformare tutto il
32:47calore in lavoro. L'entropia rappresenta
32:49quel qualcosa che si perde nei vari
32:51passaggi. L'energia rimane sì costante,
32:54ma una parte diventa inutile. Ed ecco la
32:57risposta alla domanda che ci siamo posti
32:59alla fine della prima puntata. Allora,
33:02perché sentiamo spesso parlare di
33:04problema energetico? Ma come poteva una
33:07grandezza fisica scaturire da due studi
33:10completamente diversi e con modalità
33:12tanto distanti? All'epoca non si sapeva
33:14ancora, ma l'entropia è una grandezza
33:17anomala. L'entropia è il bracchetti
33:20della fisica, una trasformista pronta a
33:23comparire con nuove facce in altri
33:25contesti, a farci scoprire a distanza di
33:27tempo che dietro quegli abiti e quelle
33:29differenti forme si nascondeva forse il
33:32concetto più importante in cui la fisica
33:34si fosse mai imbattuta.
33:36L'entropia era l'arma di un delitto e le
33:40vittime non eravamo solo noi, ma
33:44l'intero universo.
33:51Con la terza e ultima puntata
33:52racconteremo come questo dell'entropia
33:54sia un po' quello che gli autori dei
33:56libri gialli cercano da sempre, ossia il
33:59delitto perfetto. Noi siamo testimoni di
34:01questo crimine che ci porterà nel
34:03baratro ed è nostro dovere raccontarlo.
34:05Capiremo perché all'entropia si associa
34:06il concetto di disordine e anche un
34:08altro concetto ancora più intrigante e
34:10misterioso. Lo vedi che c'era il
34:12delitto? Sì, ma le capre no. Se ammazza
34:15tutti ammazza anche le capre.
34:19Cos'è quella? Una
34:21>> capra. Copra.
34:23Bravissimo.
34:29Abbiamo visto nella scorsa puntata che
34:31l'entropia può essere definita in vari
34:33modi. Non solo, nel corso del tempo sono
34:36stati scoperti e circoscritti dei
34:38concetti in ambiti completamente diversi
34:40che rimandavano sempre a lei l'entropia
34:43che per questa ricchezza di
34:45sfaccettature è per molti la grandezza
34:47più intrigante della fisica. Andiamo a
34:50raccontarla da altre prospettive. ci
34:52permetterà di avere una visione più
34:53completa e di scoprire nuove cose, o
34:56almeno spero. Vai che si parte.
35:02Se non l'avete fatto, vi consiglio di
35:03andare a vedere le altre due puntate
35:05perché da lì ripartiamo e molte
35:07definizioni e concetti li abbiamo già
35:09dati in questi due video. In particolare
35:11quello dell'energia termica di cui
35:13parliamo adesso. Potremmo dire, in un
35:15certo senso, che l'entropia misura la
35:17qualità di energia di un corpo. Poca
35:21entropia. significa energia di buona
35:23qualità. Purtroppo, poiché l'entropia,
35:26come abbiamo visto, non può che
35:27aumentare, beh, va da sé che la qualità
35:31dell'energia posseduta da un corpo non
35:33può che degradarsi col tempo. Abbiamo
35:36anche visto che l'energia termica è di
35:38bassa qualità. Ma come può essere che
35:41l'energia termica sia inutile? In fondo
35:44abbiamo fatto funzionare i treni con la
35:46combustione del carbone. I motori a
35:48combustione in generale si chiamano a
35:50combustione mica per nulla. Tramite il
35:52calore spostano le masse. Li usiamo
35:54proprio per far muovere locomotive,
35:56navi, auto. Non è forse energia termica
35:58che viene trasformata in movimento?
36:00Questa si passa da energia chimica a
36:02energia termica in un motore a vapore e
36:04poi diventa energia meccanica. Quindi
36:07potremmo convertire l'energia termica in
36:09energia meccanica e fare sì che
36:10l'entropia si abbassi. Allora,
36:12attenzione che c'è l'inganno. Sembra
36:13così, ma c'è un trucco da illusionisti.
36:16Il secondo principio della termodinamica
36:18parla di sistema isolato. Non è un caso
36:21se nella prima puntata abbiamo definito
36:23sistema e ambiente. Nulla è lasciato al
36:26caso, giusto la scala Fahene. Prendiamo
36:29un motore elettrico, possiamo isolarlo
36:31completamente dall'esterno e continuerà
36:33a trasformare la sua energia elettrica
36:36in energia meccanica. Ma un motore
36:37termico libera del calore, in realtà un
36:40pochino anche quello elettrico, ma non è
36:42questo il punto. Il motore termico ha
36:43bisogno di raffreddarsi e non solamente
36:46per evitare un surriscaldamento, ma da
36:48un punto di vista essenziale. Nel ciclo
36:51di un classico motore a quattro tempi si
36:53vede che nella fase 4 c'è lo scappamento
36:55perché tutto possa riprendere. in un
36:57certo senso, diciamo, che rifila al
36:59mondo esterno il suo aumento di
37:01entropia, quindi il sistema non è più
37:03isolato. Per ogni corpo c'è una quantità
37:05di energia che non varia, a cui diamo il
37:07nome di energia interna, ma non varia
37:10fintanto che il sistema resta isolato
37:12dall'ambiente esterno. Questo lo si era
37:14dedotto dal fatto che non era possibile
37:16realizzare una macchina capace di
37:18produrre del lavoro per conto suo senza
37:21bisogno di una sorgente esterna. Il
37:23camper di Ponile Fevre di suo da solo
37:25non avanza se lei non mette carburante.
37:28La bici di Letiaca sta non va se lei non
37:31pedala. Possiamo considerare un sistema
37:34Letia e la sua bici insieme. Va bene, ma
37:37lei non pedala se non mangia. abbiamo
37:40sempre bisogno di qualcosa che arriva
37:42dall'ambiente. Questi enunciati e questi
37:44studi sembravano aver definitivamente
37:46chiuso il discorso entropia e invece un
37:49bel niente. Ci sono almeno altri tre
37:51aspetti in cui l'entropia è comparsa in
37:54forme totalmente diverse. E se ce li
37:56siamo tenuti per il finale è perché ce
37:59li eravamo dimenticati prima, no? Perché
38:02sono i più fighi, sono i Johnny Deppy,
38:04Brad Pitt, gli Javier Bardem
38:05dell'entropia.
38:09C'è un modo completamente diverso di
38:11vedere la questione e viene trovato da
38:12un uomo geniale, ma dalla storia triste,
38:14al quale abbiamo dedicato un'intera
38:16puntata della serie Geni impolverati. Se
38:19oggi sentite la suggestiva definizione
38:20di entropia come disordine molecolare,
38:23lo dobbiamo a lui. Ma cosa significa che
38:25l'entropia è disordine molecolare? Per
38:28rispondere dobbiamo guardare il mondo da
38:29due punti di vista, quello macroscopico
38:31e quello microscopico. Le grandezze
38:34direttamente misurabili che
38:35costituiscono la descrizione
38:36macroscopica, temperatura, pressione,
38:38volume, eccetera, sono le medie nel
38:40tempo di tutta una serie di grandezze
38:42microscopiche.
38:44La descrizione macroscopica la si
38:46ottiene specificando le caratteristiche
38:47globali per mezzo di poche grandezze
38:49misurabili. La conoscenza di un numero
38:51sufficiente di queste coordinate
38:53permette di determinare lo stato interno
38:55di un sistema e in particolare la sua
38:58energia interna. Bolzman verso il 1870
39:01vede il secondo principio della
39:03termodinamica come una legge statistica
39:05che può essere enunciato in termini di
39:07probabilità. Per lui un sistema chiuso
39:10tende sempre a trasformarsi da uno stato
39:13più ordinato a uno meno ordinato, perché
39:15lo stato meno ordinato ha più
39:17probabilità di prodursi. Questo possiamo
39:20vederlo nella quotidianità. Se io non
39:22metto mai a posto casa mia, fare un
39:23esempio che a uno non gli verrebbe mai
39:25in mente, proprio casa mia tenderà ad
39:28assumere uno stato disordinato se io non
39:30intervengo e di solito non si
39:32interviene, ma solo per testare la legge
39:35di Bolzman. Mica per altro. Se nessuno
39:37fa nulla la stanza non si mette a posto
39:40da sola, perché lo stato di disordine ha
39:42più probabilità di prodursi. Chi sono io
39:45per oppormi alla legge delle
39:46probabilità? Quindi, sorprendentemente,
39:48il secondo principio ci dice che un
39:50sistema, la nostra stanza, una città, il
39:53pianeta Terra lasciato a seé stesso
39:55tende naturalmente verso stati
39:57disordinati, quindi l'entropia viene
40:00vista come la misura del disordine di un
40:02sistema. Cosa succede però se io in un
40:05momento di insana follia riordino la
40:08stanza? Potremmo dire che localmente
40:10adesso c'è più ordine. Sembrerebbe che
40:12l'entropia sia diminuita, ma non è così.
40:15Soffermiamoci un momento su questo
40:17esempio perché è importante.
40:28Nel nostro esempio la stanza per
40:31comodità la faremo mettere a posto da
40:33Adel Exciopulos.
40:37Adelopulos.
40:39Laiss tranquille,
40:41>> il video è mio e ci metto tutte le
40:43attrici francesi che voglio. Possiamo
40:45vedere la cosa da due prospettive. Caso
40:48A. A come Adelo,
40:50>> vedi che tutto torna. Consideriamo Adel
40:53parte del sistema. Se il sistema è
40:55stanza più Adel exagopulos, allora devo
40:58tener presente che Adel ha fatto del
41:00lavoro e per questo il suo corpo ha
41:03trasformato energia chimica in energia
41:05termica e dunque l'energia totale del
41:07sistema è andata degradandosi, quindi
41:10l'entropia è aumentata. Se invece voglio
41:13considerare solo la stanza che prima era
41:15in disordine e poi dopo il passaggio di
41:18Adel è in ordine, posso dire che
41:19l'entropia della stanza sarà anche
41:21idealmente diminuita. Dico così perché
41:23la stanza è chiaramente un'analogia. In
41:25ogni caso non possiamo dire che è
41:26violato il secondo principio della
41:28termodinamica perché non possiamo
41:30considerare la stanza un sistema
41:32isolato, termodinamicamente chiuso, dal
41:35momento che Adelopulos entra nella
41:37stanza per fare ordine. Adel in questo
41:39caso rappresenta chiaramente
41:41un'interazione tra il sistema e
41:43l'ambiente. Se voglio calcolare
41:44l'entropia globale, devo metterci
41:47ancora, come nel primo caso, l'aumento
41:49dell'entropia di Adel e dunque
41:51l'entropia totale aumenta, che poi è il
41:53motivo per cui non si mette mai a posto,
41:56per non aumentare l'entropia. Il calore
41:59è dunque una forma disordinata di
42:00energia, mentre il lavoro meccanico è
42:03ordinato e indirizzabile. Il lavoro può
42:05completamente convertirsi in calore, ma
42:08non il viceversa, come diceva Lord
42:10Kelvin, anche se sotto certe condizioni
42:12teoricamente questo potrebbe avvenire
42:15alla temperatura di 0 Kelvin. Ma
42:17stronchiamo qualsiasi entusiasmo
42:18ricordando il terzo principio della
42:20termodinamica che dice che non è
42:22possibile raggiungere gli 0 Kelvin,
42:24almeno non con un numero finito di
42:27passaggi. Quindi non si raggiunge, no?
42:31Questo è un altro modo di formulare il
42:32terzo principio che invece la puntata
42:34scorsa avevamo enunciato così e a noi ci
42:38piace enunciarli in modo diverso. Il
42:40video è mio e ci metto tutti i principi
42:42che voglio. Ma non finisce qui. Nel XXo
42:44secolo l'ingegnere matematico
42:45statunitense Claude Helv Shannon mostra
42:48che il concetto di entropia può essere
42:49applicato anche all'informazione e alla
42:52trasmissione di informazione. In pratica
42:54dimostra che un sistema chiuso può
42:56mantenere costante il proprio contenuto
42:58di informazione o diminuirlo, ma non
43:01potrà mai aumentarlo. Un disco in
43:03vinile, una musica setta, un qualsiasi
43:04nastro magnetico, un libro si
43:06deteriorano e non potranno mai più
43:08riacquistare il loro contenuto
43:10originario. Ancora una volta ci si
43:12imbatte con l'aumento dell'entropia,
43:14questa volta vista come perdita di
43:16contenuto di informazioni di un sistema.
43:18Ed è tutto questo che rende l'entropia
43:20così interessante e sottile. È una
43:23nozione che si è costruita storicamente
43:25da diversi punti di vista. Inizialmente
43:28il punto di vista degli ingegneri che
43:29costruivano le macchine termiche, poi il
43:31punto di vista dei fisici statistici che
43:33si interessavano allo stato microscopico
43:35della materia, più recentemente da
43:37matematici che l'hanno guardata sotto il
43:39profilo della teoria dell'informazione.
43:42Ma torniamo per un momento alla nostra
43:43energia termica. C'è una domanda alla
43:46quale bisognerebbe provare a rispondere.
43:49Da dove viene l'impossibilità di
43:51convertire energia termica in energia
43:54utile? Mica è vergata nella roccia sta
43:56roba. Ci sarà un perché? Possiamo
43:59cercare di darne una spiegazione a
44:01livello microscopico. Quando riscaldiamo
44:03un oggetto, ossia quando aumentiamo la
44:05sua temperatura, aumentiamo di fatto la
44:07velocità degli atomi che lo
44:09costituiscono. Gli atomi che compongono
44:11un oggetto oscillano attorno alla loro
44:13posizione a velocità molto elevate,
44:15dell'ordine di centinaia di metri al
44:17secondo e quando aumentiamo la loro
44:19temperatura aumentiamo la velocità di
44:21agitazione. L'energia termica è dunque
44:24una forma microscopica di energia
44:26cinetica, ma la grande differenza con
44:28l'energia cinetica macroscopica è
44:31l'organizzazione. Quando lanciamo un
44:33corpo a una certa velocità gli diamo una
44:34direzione e un verso e gli atomi si
44:37spostano in modo coerente, in modo
44:39organizzato, potremmo dire, all'incirca
44:41tutti in quella direzione, in quel
44:43verso.
44:43>> Dai Guero, buttalo giù.
44:46Al contrario, quando riscaldiamo, certo,
44:48aumentiamo la velocità di vibrazione di
44:50ogni atomo, ma in modo disordinato,
44:52incoente, non nello stesso modo per
44:54tutti. Da un lato abbiamo una forma di
44:56energia cinetica ben ordinata e dunque
44:59utile e recuperabile. Dall'altro è un
45:03casino e non si può farci nulla. Per
45:05questo si associa spesso l'entropia al
45:07concetto di disordine. L'entropia di un
45:09oggetto può essere vista come la misura
45:11del suo disordine a livello
45:13microscopico. In ultima analisi,
45:15l'entropia misura la quantità di energia
45:17non più disponibile in un sistema chiuso
45:20e isolato. Chiudiamo tornando ai nostri
45:23tre principi della termodinamica che
45:24alla fine sono un unico discorso che
45:27potrebbe recitare così: "Il calore può
45:29essere convertito in lavoro? Può esserlo
45:31completamente solo allo zero assoluto".
45:34Lo zero assoluto non è raggiungibile. È
45:36come dire che la cosa che ci farebbe
45:38pareggiare la partita succede solo a una
45:41condizione e quella condizione non si
45:44può verificare. Infatti, per il primo
45:46principio della termodinamica, l'energia
45:47di un sistema isolato non varia, si può
45:50solo trasformare e da qui si potrebbe
45:52dedurre che l'energia chiusa in un
45:53sistema, oltre a essere costante, è
45:56anche recuperabile sempre. Ma poi entra
45:58in gioco il secondo principio della
45:59termodinamica che dice che un sistema
46:01chiuso tende a un equilibrio in cui è
46:03massima l'energia non più disponibile.
46:05Questo vale per tutto, per la nostra
46:07stanza, per la Terra e in ultima analisi
46:09per l'universo che dunque andrà
46:11probabilmente incontro ad una morte
46:13termica. discorsetto che torna sempre
46:15buono se dovete rovinare la serata agli
46:18amici. Come forse avrete notato,
46:20l'entropia, specialmente in alcune sue
46:22definizioni, ha qualcosa di familiare.
46:24Alcune considerazioni fatte in questi
46:26video ci sono sembrate ovvie. In fondo,
46:29l'entropia ce l'abbiamo sempre avuta
46:30davanti agli occhi. L'entropia è una
46:33evidente asimmetria. L'uovo che viene
46:36rotto e poi sbattuto, fatto all'occhio
46:38di bue non può tornare come prima. il
46:40processo non è reversibile. Per
46:43formalizzare questa asimmetria è stato
46:46necessario definire bene il concetto di
46:48energia. Abbiamo parlato di qualità di
46:50energia e abbiamo visto che è vero che
46:52l'energia non si crea e non si
46:53distrugge, ma si deteriora. L'entropia
46:56non può che aumentare, avendo un solo
46:58verso, dà origine a una evidente
47:00asimmetria delle leggi della fisica. Ma
47:03c'è un'altra cosa totalmente asimmetrica
47:05in cui siamo immersi. Cos'è che ha un
47:07solo verso e non è reversibile? Cos'è
47:11che proprio come l'entropia va solo da
47:13una parte e da lì non si torna più
47:16indietro?
47:18il tempo.
47:35Finora abbiamo sempre detto che col
47:37tempo l'energia si deteriora oppure che
47:39col passare del tempo l'entropia
47:41aumenta. Ma se invertissimo i termini
47:44della frase, potremmo dire che il tempo
47:46avanza nella direzione in cui l'entropia
47:49cresce. Supponiamo di non avere orologi
47:51e di non sapere se il tempo scorre e se
47:53scorre non sappiamo in quale verso. In
47:55teoria abbiamo almeno tre modi per
47:57determinare in che verso scorre il tempo
47:59in un sistema termodinamicamente
48:01isolato. Il tempo scorre nel verso in
48:03cui il livello di entropia aumenta. Il
48:05percorso del tempo indica gli stati più
48:07probabili. Il tempo scorre nel verso in
48:10cui il contenuto di informazione
48:12diminuisce. Questo ci serve per
48:14determinare quella che Eddington chiamò
48:16freccia del tempo. Ma l'entropia non
48:19cresce all'infinito. Cosa succede quando
48:21si raggiunge lo stato di massima
48:23entropia? A quel punto l'entropia non
48:25può più aumentare, il disordine
48:27molecolare è massimo, l'energia è tutta
48:29inutilizzabile, l'informazione è persa.
48:32Se l'incremento di entropia era il mio
48:34modo di capire il verso della freccia
48:36del tempo, quando si raggiunge lo stato
48:37di massima entropia, cosa fa il tempo?
48:41Si ferma,
48:43continua?
48:44E se continua da che parte va?
48:52Non risponderemo qui. Il tempo è un
48:55argomento che merita una serie a parte e
48:58il suo titolo sarà una domanda di quelle
48:59davvero inquietanti. Il tempo esiste? Ci
49:04vorrà un po' di tempo per preparare la
49:06serie sul tempo. Dipende dal tempo, nel
49:09senso dal tempo che riusciamo, insomma,
49:11uscirà tempo debito, diamo tempo al
49:14tempo. Eh, però chi ha tempo non aspetti
49:16tempo, che il tempo è denaro, il tempo
49:18porta consiglio, ma non era la notte. E
49:20la notte c'avrà una durata di tempo.
49:22Come diceva ironicamente Faan, il tempo
49:25è ciò che accade quando non accade
49:28nient'altro. E adesso stanno accadendo
49:30un sacco di cose. Grazie per aver visto
49:32questa serie. completa dedicata
49:34all'entropia. Vi ricordo che se volete
49:36restare aggiornate aggiornati sui nostri
49:39video che escono senza essere vittime di
49:41un algoritmo che sceglie cosa farvi
49:43vedere, potete cliccare la campanella e
49:45iscriversi al canale, ovviamente non
49:47costa nulla. Se invece desiderate
49:48pagare, vi diamo un sacco di opzioni. A
49:51partire dal donare il 5x 1000
49:52all'associazione Atellier che si occupa
49:54di divulgazione scientifica, poi si
49:56possono acquistare i nostri contenuti
49:58speciali del progetto Intensities
49:59prendendo Berlino o Parigi o entrambe e
50:02sostenendo così il progetto per
50:04continuare a raccontare le città
50:05andandoci di persona e vedendo i luoghi
50:07di scienza più affascinanti. Per chi ama
50:09leggere ci sono poi i libri A quattro
50:10zampe nel cosmo. Fallisci ancora,
50:12fallisci meglio. L'atomo sfuggente che è
50:14pure un giallo a sfondo scientifico
50:16adatto a tutti. Non è che dovete essere
50:18esperti o professoresse di fisica. Se
50:20poi vi interessano gli appuntamenti dal
50:22vivo, lo scriviamo sul nostro sito
50:24associazione.it nella sezione eventi e
50:26poi trovate tutto sulle nostre pagine
50:28Facebook e Instagram dove aggiorniamo
50:31continuamente con le novità che arrivano
50:33e poi ci sono loro, i podcast.
50:36cominciano a essere tanti e mentre
50:38all'inizio venivano rifatti podcast di
50:39cose già uscite sul canale YouTube,
50:41ultimamente alcuni podcast vivono di
50:43vita propria, nel senso che sono novità,
50:45per cui se vi interessa andate su una
50:46qualsiasi piattaforma podcast e dateci
50:49un occhio o meglio un orecchio. Alla
50:51prossima. Ciao.
50:58tempo permettendo.

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