dove si parla del calore e delle leggi che lo governano

106-Il resto

Parliamo ora del calore, altra caratteristica dell’Universo. La termodinamica, la scienza che studia la propagazione del calore, dice che esso fluisce spontaneamente dai corpi caldi ai corpi freddi e non succede mai il contrario. E’ questo quello che succede se due corpi, uno caldo e uno freddo, sono abbandonati a se stessi. Solo con un nostro intervento possiamo ridare calore a quel corpo che si sta raffreddando e sta cedendo il suo calore. Questo dimostra che per dare calore bisogna fare un lavoro, consumare delle energie dobbiamo mettere il corpo sulla fiamma, nel forno, consumare il gas, l’elettricità……e pagarci pure la bolletta. Viceversa, il processo opposto avviene spontaneamente. I corpi caldi, perdendo calore, non fanno altro che andare verso un livellamento, un appiattimento della temperatura. Questo è quello che succede normalmente nell’universo, dove non c’é altro che una continua dispersione del calore emanato insieme alla luce da quelle centrali nucleari che sono le stelle. Infatti il calore non viene emesso inutilmente perchè nelle stelle, grazie alla loro attività continua, responsabile della emissione del calore, si sono formati dapprima l’idrogeno e poi via via tutti gli altri costituenti la materia, fino agli elementi più pesanti come l’oro o il ferro Quindi un lavoro utilissimo. Una parte di questo lavoro, però, va continuamente distrutta, si dissipa nel cosmo sotto forma di luce e di calore, appunto. Così anche quando mettiamo una pentola a bollire, dissipiamo una parte del calore, perchè riscaldiamo inutilmente anche l’ambiente circostante. Però dopo possiamo calare la pasta e farci un buon piatto di spaghetti. Quindi i soldi spesi per pagare la bolletta del gas, consumati per far bollire l’acqua, in fondo ci hanno permesso di mangiare gli spaghetti i quali hanno dato sostanze al nostro organismo permettendoci di vivere. 

Risulta chiaro quindi, che, tanto lavoro si fa, tanto è il risultato che si ottiene, cioè sempre lo stesso. Per portare alla ebollizione una pentola d’acqua ci vorrà sempre la stessa quantità di energia. E allora la termodinamica con la sua prima legge ci dice che in natura nulla si crea e nulla si distrugge, cioè tanta energia si impiega, tanto lavoro si riesce a compiere, non di più e non di meno. E’ il principio di conservazione dell’energia, la quale si può trasformare da una forma all’altra, si può trasferire da un corpo ad un altro, ma non può essere né creata né distrutta. E’ un  po’ come con i soldi: con cinque euro sappiamo cosa comperare e così con cinquanta euro, non si scappa; tanti soldi, tanta merce, non di più, non di meno. Tutt’al più, ci potrà essere alla fine un piccolo resto del quale, per la verità non si sa mai che fare, roba di centesimi, con cui in genere non ci si compera niente oggi come oggi. C’è sempre, quindi, del resto di cui non si sa mai che fare. Però si può metterlo da parte e alla prossima occasione aggiungerci altri dieci o venti centesimi. Così facendo  arriveremo a uno o due euro da poter usare per comperare magari un gelato. In natura invece, per quanto riguarda il calore non è così.

107-Livellamento

Quel resto, quel piccolo resto, tra dare e avere, quel po’ di calore inutilizzato, non è possibile metterlo da parte nè utilizzarlo più, non ci si può fare nulla, e allora si disperde nell’aria. Si perché il calore non ci pensa due volte, se non si utilizza,  se ne va, anche se non serve a nulla, anche se non va a riscaldare niente, si disperde semplicemente perché è una tendenza costante dell’universo: quella di propagare il calore se esso non viene utilizzato. E gli scienziati dicono che questa tendenza è spontanea e irreversibile. Tutto tenderebbe quindi verso un livellamento delle varie differenze di calore, verso un disordine estremo. Se vogliamo ripristinare un certo ordine, ricreare cioè zone di calore, rispetto ad altre più fredde, dobbiamo fare altro lavoro e consumare altra energia. Allora a prima vista sembrerebbe una contraddizione, cioè il tentativo spontaneo verso il livellamento, verso cioè una propagazione del calore in modo da non avere zone calde e zone fredde, viene definito come disordine, mentre, al contrario, l’ordine sta nella coesistenza di zone calde e zone fredde. questa naturale tendenza al livellamento, al disordine, viene detta, con un nome difficile, Entropia. Ma prima che avvenga questa naturale dispersione di calore, quello che viene emesso dalle stelle viene utilizzato e trasformato. Sulla terra ad esempio il calore e la luce del sole sono utilizzate per far vivere noi animali. Di tutta l’energia che la Terra riceve dal Sole, la stragrande maggioranza viene dispersa, viene accumulata nel suolo, nell’acque e con essa evapora. Solo l’uno per cento dell’energia viene catturata dalle piante e tramutata in molecole organiche ad alto contenuto energetico, cioè in cibo, in materiale, in lavoro capace di permettere a tutta la biosfera di vivere ormai da millenni. 

Questo avviene, come abbiamo già visto, grazie alla fotosintesi  che letteralmente significa fare cose con la luce. Ma, come abbiamo visto, gran parte di questa energia se ne va, si perde e si disperde. Certo viene da piangere a sapere che tutta l’umanità in un anno consuma una quantità di energia diecimila volte inferiore a quella che, nello stesso periodo di tempo, il Sole invia sulla Terra. Comunque questi fenomeni di dispersione sono spontanei ed   irreversibili. E cioè avvengono solo in un senso e non nel senso opposto. Ecco degli esempi di dispersione del calore che poi diventa irrecuperabile. Un corpo in movimento si arresta per attrito, emette calore e si riscalda; la pentola d’acqua calda lasciata sul fornello spento si raffredda, un falò che brucia della legna, se non ci mettiamo vicino almeno una salsiccia, quel calore non sarà servi finché loro lavorano e si moltiplicano……certo poi, quando un organismo vivente muore, cessa il lavoro delle cellule, il calore lo lascia e il corpo diventa freddo. La tendenza spontanea nell’universo, quindi, è verso l’appiattimento, la uniformità, l’annullamento delle diversità, e in fondo il caos, cioè un aumento dell’entropia.

108-Ordine e disordine

Altri esempi ci possono dimostrare che la tendenza è sempre verso il disordine: un castello di sabbia in una spiaggia deserta, col tempo tornerà ad essere un mucchio di sabbia e mai potrà accadere il contrario. Un mazzo di carte ordinato per semi e per numeri crescenti, cadendo si sparpaglieranno alla rinfusa e mai potrà capitare il contrario. In una camera è più facile che, una volta messa in ordine, dopo un poco di tempo si ritrovi in disordine, e non il contrario. La conseguenza di questa irreversibilità dei fenomeni naturali è l’evoluzione dell’universo, è lo scorrere del tempo che avviene sempre da un passato a un futuro, dall’ordine al disordine estremo, al caos. Da ciò si capisce perché sia più facile mettere in disordine che mettere in ordine. Il disordine in effetti si mette da sé e noi non dobbiamo sprecare energie per ottenerlo. Se abbiamo la camera in ordine, basta urtare inavvertitamente una sedia, basta che caschi  un foglio di carta in terra, che si rovesci un porta penne, siamo già sulla buona strada verso il caos, il disordine. 

Si, sono cose provocate da noi, ma del tutto inavvertitamente, senza volerlo e senza sprecare la benché minima energia. D’altronde anche senza il nostro intervento l’orologio si fermerebbe, la polvere si depositerebbe ovunque e in breve diventerebbe tutto più disordinato. Resterà un certo tipo di ordine fino a quando la camera rimarrà chiusa ed isolata dal mondo esterno. Se si aprono porte e finestre, i colpi di vento potranno far volare altre carte e in breve il disordine sarà assicurato. Invece l’ordine potremo riaverlo solo a costo di fatica e sudore. Allora, tutti i fenomeni in cui c’è un aumento del disordine sono spontanei, mentre quelli in cui il disordine diminuisce hanno bisogno di qualcuno che intervenga dall’esterno che impieghi energia per dare calore e, in fondo, per creare ordine. All’interno del sistema universo possono esistere, tuttavia, dei sistemi isolati dove l’entropia diminuisce. Cioè, qua e là, ci sono è vero dei fenomeni di aumento dell’ordine e quindi di diminuzione dell’entropia, ma ciò avviene solo localmente, perché complessivamente nell’universo il disordine può solo aumentare. L’essenziale è che, alla fine, il bilancio totale tra la diminuzione dell’entropia in una parte dell’universo, e il suo aumento generale, sia a vantaggio di quest’ultimo. Gli organismi biologici, ad esempio sono una palese violazione di quanto abbiamo detto fino ad ora. Infatti essi sono delle strutture ordinate che evolvono verso un ordine sempre maggiore e quindi di minore entropia. Ma il bilancio globale è quello che conta e deve includere alla fine sia l’organismo, sia l’ambiente che lo circonda e con il quale scambia continuamente energia e materia. Infatti gli organismi sia vegetali che animali si sviluppano e vivono, grazie all’aumento dell’entropia che essi provocano nell’ambiente circostante. In definitiva la diminuzione interna dell’entropia viene compensata e persino superata da un aumento esterno dell’entropia.

109-Zero assoluto

Alla fine insomma è sempre valido il secondo principio della termodinamica che regola il passaggio spontaneo di un sistema da uno stato di ordine ad uno di disordine, con relativo aumento della entropia. Per finire vediamo cosa succede se la smettiamo di dare energia a questi atomi.  Finalmente essi tornano allo stato precedente. Però, non è che si fermano. E d’altronde non stavano fermi neanche prima. Ma  allora, quando è che si fermano? tutti gli atomi di tutte le sostanze si muovono, non stanno mai fermi. Ora la logica dice che se il movimento degli atomi aumenta se li riscaldiamo, evidentemente diminuisce se lo raffreddiamo. E allora, prendiamo l’acqua nella quale si può quasi vedere il movimento degli atomi quando bolle, ebbene, se  la raffreddiamo fino a farla diventare ghiaccio che succede? il ghiaccio noi  lo vediamo immobile, così come è immobile un qualsiasi altro pezzo di materia, ma in effetti gli atomi lì dentro, anche alla temperatura di zero gradi si muovono. 

E allora cosa bisogna fare? Bisogna raffreddare ancora…si ma non esiste posto dove portare questo benedetto pezzo di materia e dove faccia freddo abbastanza da fermare il movimento degli atomi. Hanno visto infatti, con degli esperimenti particolari, che gli atomi si fermano ad una particolare temperatura che è stata chiamata zero assoluto, alla quale appunto gli atomi sono immobili, anzi, sarebbero immobili, perché questa temperatura, che è di –273,2 gradi centigradi, non può essere raggiunta in natura. E infatti in tutto l’universo non esiste un solo atomo in stato di quiete assoluta. Quindi, anche se teorica quella dovrebbe essere la temperatura più fredda di tutto l’universo. Anche il suono fa parte dell’universo, ha delle sue regole ben precise e, nel nostro universo non potrebbe essere altrimenti. Se il suono avesse delle regole e delle caratteristiche diverse, avremmo un universo diverso dal nostro. Esso nasce, così come la luce e il calore nel momento in cui si verifica l’immane deflagrazione detta Big bang. Una esplosione, cioè una improvvisa liberazione di energia, altro non è che un fenomeno caratterizzato oltre che da emissione di luce e di calore, anche da un rumore fortissimo tale da rendere il fenomeno stesso non solo visibile, ma anche udibile. Quello fu il padre di tutti i suoni, che poi si ripetuto e si ripete all’interno di tutte le stelle. Una cosa, comunque che va molto più lenta della luce, e si perde per strada molto prima di essa. L’universo infatti è talmente grande che, nonostante tutto il rumore che fanno le stelle, rimane un ambiente silenzioso, oltre che buio. Se la luce infatti non riesce ad arrivare ovunque, a maggior ragione il suono, che va più lentamente, non ce la fa a coprire quelle enormi distanze. Basta considerare il fatto che noi vediamo la luce emessa dal sole che, oltretutto ci permette di vivere, ma non abbiamo alcuna percezione del rumore emesso dalle esplosioni che avvengono su quella stella.  Ma cosa è in effetti questo suono? in cosa consiste?