mercoledì 27 aprile 2016

L'INSOSTENIBILE LEGGEREZZA DELLA TERMODINAMICA

Magari a cena non discutete proprio di termodinamica. E posso capirlo. Tuttavia sono certo di un fatto: parlate spesso di temperatura, di energia interna e - solo dopo qualche birra con gli amici - anche di entropia. E' possibile che - magari quando la sera ha ormai lasciato il posto alla notte - vi siate attardati ad elaborare congetture su come sfondare il muro dello zero assoluto. Se è così, allora state discutendo di termodinamica.

Ecco, è proprio questo il punto: la termodinamica consente di definire in modo molto rigoroso alcuni termini di uso quotidiano, e in questa maniera si possono evitare molte discussioni, o - meglio - molte incomprensioni. Già, perché avendo conoscenze di termodinamica si possono fare discussioni ancora più divertenti. Vediamo alcuni esempi.

Che cos'è esattamente la temperatura? Quali caratteristiche ha l'energia interna di un sistema isolato? Cosa significa "cambiamento spontaneo"? Cosa succede in quella specie di limbo intorno allo zero assoluto?


Si tratta di quesiti molto importanti, le cui risposte si trovano in "Le regole del gioco - Come la termodinamica fa funzionare l'universo", scritto da Peter Atkins e pubblicato da Zanichelli. Beninteso, si tratta di un libro divulgativo, ma è piuttosto impegnativo per il lettore medio. Ed è lo stesso autore a dirlo nella prefazione: "ma quando a tempo debito riemergerete dalle ultime pagine, con il cervello più vigoroso e allenato, avrete compreso in profondità il ruolo dell'energia nel mondo". Aggiungo io: avrete sia la visione macroscopica che quella molecolare, potremmo anche dire il punto di vista fisico e chimico sulla termodinamica, cominciando dal principio zero che - tramite l'introduzione della grandezza chiamata "temperatura" - vi svelerà i misteri di una parola tra le più usate, ma anche tra le meno conosciute.

Forse dovrete leggere alcuni capitoli più di una volta, ma devo confessarvi che il piacere di capire non ha eguali. Sarà proprio la gratificazione per aver capito che vi spingerà fino al terzo principio. Troverete anche un'introduzione all'energia di Gibbs, considerata "il motore della vita", ma non troverete nulla sulla termodinamica di non equilibrio. Poco male, in quanto c'è un altro libro che vi consentirà di salire ancora più in alto. Ed è da leggere dopo,perché richiede già conoscenze di base di termodinamica. Si tratta di "Ecofisica", scritto da Luigi Sertorio ed Erika Renda e pubblicato da Bollati Boringhieri.

Se Peter Atkins ha descritto (tra le altre cose) situazioni di equilibrio meccanico (quando due sistemi si trovano alla stessa pressione) e di equilibrio termico (quando due sistemi si trovano alla stessa temperatura), Luigi Sertorio ed Erika Renda cominciano invece con il concetto di disequilibrio, che contiene localmente energia disponibile (si tratta dell'energia di Gibbs). Proprio questa energia, se è accessibile, consente la vita. Gli organismi viventi, però, per mantenere questo squilibrio, hanno bisogno di un flusso di massa ed energia, che proverrà da uno stato di disequilibrio dell'ambiente fisico circostante.

Spesso ascoltiamo discorsi sull'energia, sul consumo da parte di una popolazione in continuo aumento e sulla presumibile durata delle risorse energetiche. Ma dobbiamo essere scientificamente rigorosi quando trattiamo argomenti del genere; per capire dobbiamo ridurre la complessa realtà a dei buoni modelli, sorretti da un robusto apparato matematico. Ed è proprio ciò che fanno Luigi Sertorio ed Erika Renda, riuscendo a rendere identificabili, nelle loro componenti essenziali, fenomeni molto complessi. Anche se, durante la lettura, tralascerete i passaggi matematici più impegnativi, ciò non vi impedirà di comprendere le logiche sottostanti alla dinamica dell'energia e - in ultima analisi - della vita. Vi faccio un esempio tratto dal testo in oggetto.

Prendiamo un insieme di organismi e consideriamolo una funzione del tempo: il tempo passa ed alcuni organismi muoiono, mentre altri nascono. Ogni organismo è caratterizzato da un certo metabolismo: voi dovete mettere energia nel vostro corpo per compiere lavoro. Naturalmente questo è un modello, ma è anche ciò che serve per ridurre la complessità a qualcosa di comprensibile. Allora, aggiungiamo una miniera: è la fonte fissa di energia disponibile. Se si utilizza una funzione logistica è possibile determinare quale sia la crescita massima della popolazione compatibile con la risorsa finita. E si può anche calcolare la durata della vita della popolazione; in questo modo si ottiene un risultato interessante: la durata della vita non dipende dalla quantità di risorsa, ma solo da un parametro "a", che sintetizza l'abbondanza di beni e servizi che noi richiediamo al sistema economico. Più una popolazione è "civilizzata", più vive nell'abbondanza, più beni e servizi richiede, meno tempo vivrà.
Come vedete, vi ho dato di che riflettere: buona lettura !!!




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