L'energia dell'entropia universale... come un respiro

Grafica Celeste di Manuela Magagnini

Per quanto ne sappiamo finora, l'universo conserva la sua energia totale. 

Tuttavia, non conserva l'ordine della medesima: la tendenza mostrata in natura è quella di passare continuamente da stati più ordinati ad altri più disordinati, salvo diversa impressione che si possa ottenere osservando solo un sistema parziale che, essendo aperto, interagisca con l'ambiente. 

Ciò che accade è che il disordine dell'intero universo è in aumento, benché una sua parte possa trovarsi momentaneamente in una condizione di aumento d'ordine locale.  La ricchezza dell'energia sta nel produrre lavoro mentre perde ordine: è a spese dell'ordine (dunque, con un aumento di entropia) che noi otteniamo lavoro utile.  

Consideriamo, ad esempio, il fenomeno della respirazione. Una molecola di glucosio contiene 6 atomi di carbonio C, 12 di idrogeno H, 6 di ossigeno O, e per la sua combustione devono essere respirate 6 molecole di ossigeno O2. quindi abbiamo 6+12+6+12 = 36 atomi raggruppati inizialmente in una molecola di glucosio e 6 di ossigeno (7 molecole in totale), mentre alla fine del processo di ossidazione polmonare ritroviamo gli stessi atoni redistribuiti in 6 molecole di biossido di carbonio CO2 e 6 di acqua H2O. 

L'universo è diventato più uniforme di prima, quando 2/3 degli atomi stavano concentrati nello spazio di una sola struttura, la molecola di glucosio.  Chiediamoci ora: da dove proveniva l'energia immagazzinata nel glucosio ? Dal sole: la sintesi del glucosio avviene nelle piante, e si tratta sostanzialmente del processo inverso a quello della respirazione animale (sicchè vegetali ed animali risultano complementari, a questo riguardo, mantenendo l'equilibrio della composizione atmosferica): acqua e biossido di carbonio vengono trasformati in glucosio, da una biomacchina vegetale la cui fonte energetica è la radiazione solare. La fotosintesi vegetale del glucosio assorbe la stessa energia che sarà successivamente liberata dal processo inverso della sua ossidazione respiratoria. 

Dunque, come tutti i fenomeni biologici, gli organismi umani ed animali compiono compiono lavoro attraverso la disponibilità di energia solare, che come noto è altamente ordinata, suscettibile quindi di varie trasformazioni verso il disordine che emettono lavoro e generando aumento di uniformità. Come ogni stella, il sole, emettendo lontano da sè la propria energia altamente ordinata contribuisce a rendere l'universo intero più uniforme. Qualora si consideri la trasformazione dall'ordine verso il disordine in modo deterministico si ottiene il modello di un universo il cui costante aumento entropico conduce verso la uniformità completa e la morte definitiva di ogni attività.  

Tuttavia, fin dalle prime formulazioni di Von Clausius e Lord Kelvin è evidente che il secondo principio della termodinamica ha una natura statistica, applicato a sistemi chiusi con un grande numero di particelle, e tale natura è stata successivamente ben evidenziata dalla meccanica statistica di Ludwig Boltzmann (e, del resto, si veda anche il teorema del ritorno di Henri Poincaré). 

Considerando la quale statistica, anzitutto non vi è da stupirsi affatto dell'esistenza dei fenomeni biologici (localmente neghentropici, ovvero diretti dal disordine al ripristino dell' ordine) quali, appunto, fluttuazioni spaziali locali di un fenomeno globale in direzione opposta. ma le fluttuazioni dal comportamento statistico medio esistono anche temporalmente, oltre che spazialmente. Sicchè la direzione che va dall'ordine al disordine è solo quella statisticamente privilegiata quale più frequente, ma non l'unica. E le grandi fluttuazioni temporali dal comportamento medio del sistema possono giustificare persino la nascita di un nuovo universo a partire dallo stato di massima uniformità lasciato in eredità dal vecchio. Va detto che Richard Feynmann dichiarava di non "Credere" alla teoria delle grandi fluttuazioni come dinamica esplicativa della formazione dell'universo, ammettendo però di non avere alcuna toeria alternativa, sicchè onestamente riconoscendo la sua posizione per ciò che era, solo una opinione personale.  Secondo la fisica statistica, dunque, non solo la vita biologica, ma persino la generazione di un universo intero che prima o poi succede al precedente risulta inevitabile (e coerente con le recenti teorie di "Bouncing", rimbalzo, al riguardo del big bang, non più fenomeno unico, bensì parte di una successione potenzialmente infinita in entrambi i versi temporali di big crunch - big bang).  

Senza dimenticare, poi, che qualora identifichiamo il vuoto con l'assenza di differenze determinata dalla uniformità completa, in tal caso la teoria quantorelativistica di Dirac mostra che il vuoto quantomeccanico risulta strutturalmente instabile rispetto alle equazioni d'onda, determinando così la generazione spontanea di massenergia dal "nulla" (si ricordi che in fisica l'energia è definita fin dall'inizio a meno di una costante arbitraria, essendone osservabili solo le variazioni). E si tratta proprio, allora, di una generazione di universo dal nulla apparente.

Vincenzo Zamboni, fisico