IL DIAVOLETTO DI MAXWELL E L'ENTROPIA

 

 

L'energia complessiva di un sistema, quindi, per il primo principio della termodinamica, si conserva indefinitamente, ma si trasforma da energia nobile a energia termica sempre più degradata, fino a non poter più essere utilizzata per ottenere lavoro.

La misura della non disponibilità di un sistema a compiere lavoro si chiama entropia; essa può essere interpretata come una misura del disordine: quanto maggiore è l'entropia di un sistema, tanto più grande è il suo disordine.

In definitiva, nel caso di sistemi isolati, chiamata S l'entropia, B il sistema nello stato finale della trasformazione e A il sistema nello stato iniziale, si ottiene:

 

S(B) \ge S(A)

 

per qualunque trasformazione termodinamica nel sistema.

Quest'ultima espressione è precisamente l'espressione del secondo principio in termini di entropia: nei sistemi isolati l'entropia è una funzione non decrescente, ovvero può solo aumentare o rimanere inalterata.

Questo fatto viene talvolta indicato in meccanica statistica come morte termodinamica dei sistemi isolati: infatti, per tempi lunghi, l'entropia tende a raggiungere un valore massimo, che corrisponde a una temperatura uniforme ovunque nel sistema. In questo caso, il sistema non è più in grado di compiere alcun lavoro.

Le implicazioni del secondo principio sono di importanza cruciale per comprendere le sorti dell'universo, in quanto, considerando l'universo come un sistema chiuso1, si ha che l'entropia dell'universo aumenta nel tempo, mentre l'energia disponibile diminuisce. Questo conduce inevitabilmente al caos e al disordine, ed alla fine alla morte.

 

 

Un'immagine della "morte termodinamica" dell'universo

 

Alla fine di tutte le trasformazioni energetiche possibili, il calore si distribuirà in modo uniforme, non consentendo il funzionamento di alcuna macchina, e non esisterà nemmeno la vita.

This is the way the world ends

This is the way the world ends

This is the way the world ends

Not with a bang but a whimper

 

Così finisce il mondo

Così finisce il mondo

Così finisce il mondo

Non con fragore ma con un gemito

 

scrive il poeta e drammaturgo statunitense naturalizzato inglese Thomas Stearns Eliot (1888-1965) nella poesia The Hollow Men ("Gli uomini vuoti") del 1925; i versi fanno riferimento alla teoria del Big Bang, lo scoppio fragoroso da cui avrebbe avuto origine l'universo, ed ipotizzano che tutto si concluda con il gemito silenzioso prodotto dal massimo di entropia irreversibile. 

 


 

(1) Un sistema si dice chiuso se consente un flusso di energia ma non di massa con l'ambiente esterno, attraverso il suo confine (tramite calore e/o lavoro e/o altra forma di energia); ne è un esempio una bombola tenuta chiusa da una valvola, che può scaldarsi o raffreddarsi ma non perde massa.