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Titolo: Violazione del secondo principio della termodinamica in sistemi  microscopici

Salve,
un'esperienza dell'Australian National University ha dimostrato una
violazione del secondo principio della termodinamica in un sistema
microscopico.
http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/2135779.stm
Questo e' compatibile con la meccanica statistica, in quanto in essa
il secondo principio si riduce a un teorema che, sotto certe ipotesi
sul sistema, dimostra che le violazioni del secondo "principio"
diventano sempre meno probabili con lo scorrere del tempo di un
sistema e al crescere della dimensione (in numero di particelle) del
sistema stesso.
In poche parole, e' estremamente improbabile che si verifichino
violazioni in un sistema macroscopico, per tempi che non siano
brevissimi.
http://en.wikipedia.org/wiki/Fluctuation_theorem
Il bello della termodinamica e della meccanica statistica e' che puo'
estendere i principi / teoremi statistici a una classe vasta di leggi
fisiche, e dato che si esprime tramite ipotesi molto generali sulla
natura del sistema e delle leggi fisiche che lo governano, può essere
coerente anche co delle nuove leggi fisiche non ancora scoperte.
Quello che mi chiedevo e' (dato che sono assolutamente ignorante di
qualsiasi teoria fisica piu' moderna di quelle classiche, quindi
ignoro la fisica quantistica, la fisica delle particelle, eccetera):
tra le teorie fisiche piu moderne, ce ne sono alcune che prevedono
violazioni macroscopiche del secondo principio?
Oppure sono stati ipotizzati possibili meccanismi che darebbero
violazioni macroscopiche anche con le leggi e i modelli attualmente
accettati?

 microscopico.
non ho letto il link ma è una frase che mi lascia perplesso perché non
mi sembra che abbia molto senso parlare di secondo principio per
sistemi molto piccoli, anzi mi pare che non abbia proprio senso
parlare di termodinamica per sistemi molto piccoli. Almeno questa è la
mia opinione. Qual'è la temperatura di una particella? Domanda senza
senso. Qual'è il flusso di calore in seguito all'urto di due
particelle? Di nuovo senza senso. Ma allora che senso ha parlare di
entropia per sistemi costituiti da poche particelle? Per parlare di
termodinamica dobbiamo considerare sistemi grossi, se no parliamo
semplicemente di meccanica... (certamente cmq a senso parlare della
temperatura degli atomi, dei nuclei atomici, ecc. *se fanno parte di
sistemi grossi*)

 sistemi grossi*)
Mi dispiace ma non sono daccordo, o meglio, quello che non ha
veramente senso e`parlare di sistemi "grossi" e sistemi "piccoli":
Quanto grossi e quanto piccoli?
Quello che intendi dire e`che la fluttuazione delle grandezze
termodinamiche (che sono definibili per qualunque numero di
particelle) diminuisce considerevolmente all`aumentare di tale numero
(non so la legge ma probabilmente la varianza attorno al valor medio
andra`come sqrt(N)). Se il numero e`sufficientemente piccolo, la
varianza e` dell`ordine del valor medio e allora avremmo una grandezza
definita con un errore dello stesso ordine cioe`l`utilita`di tale
grandezza sarebbe quasi nulla per fare previsioni sul sistema.
ciao.
the Volk

Vol...@googlemail.com
 wrote:
...
" Quanto grossi e quanto piccoli?
  Quello che intendi dire e`che la fluttuazione delle grandezze
  termodinamiche (che sono definibili per qualunque numero di
  particelle) diminuisce considerevolmente all`aumentare di tale numero
  (non so la legge ma probabilmente la varianza attorno al valor medio
  andra`come sqrt(N)). Se il numero e`sufficientemente piccolo, la
  varianza e` dell`ordine del valor medio e allora avremmo una grandezza
  definita con un errore dello stesso ordine cioe`l`utilita`di tale
  grandezza sarebbe quasi nulla per fare previsioni sul sistema.
  ciao."
In parte hai risposta da te alla tua domanda. Però  aggiungerei anche 
che l'  estensività  dell'  energia, entropia etc.  la ritrovi solo per 
sistemi molto grandi (tali da poter trascurare gli effetti di bordo).
Last,
Giorgio

 grandezza sarebbe quasi nulla per fare previsioni sul sistema.
che teoria è una teoria che non fa previsioni?

 che teoria è una teoria che non fa previsioni?
Qui siamo al punto bisogna distinguere cio`che e` poco utile da
cio`che non ha senso.
Nel mio post intendevo che le grandezze termodinamiche come Entropia,
temperatura etc. sono definite in meccanica statistica per qualunque
numero di particelle. Per sistemi con pochi gradi di liberta` queste
grandezze incominciano a diventare inutili e a dare poca informazione.
Non e`lo stesso come voler parlare di tempo assoluto in un contesto
relativistico o di posizione assoluta di una particella libera in M.Q.
questo si insensato poiche` sono concetti alieni alle rispettive
teorie (cosi`come il tempo relativo alla meccanica classica).
Quindi secono me per sistemi piccoli la meccanica statistica non si
usa semplicemente perche`non e`utile ma non perche`e`insensata.
ciao
the Volk

 cio`che non ha senso.
sai bene che questo tuo "poco utile" è un eufemismo, e in fisica
secondo me non c'è distinzione tra una teoria inutile e una priva di
senso, una cosa implica l'altra. Una teoria che non mi permette di
fare previsioni è inutile e priva di senso. Insomma non è una teoria,
o è una teoria che stiamo applicando in contesti che le sono estranei.
Non mi va di continuare questa discussione che oramai mi sembra più
linguistica che fisica, direi sofistica.

 linguistica che fisica, direi sofistica.
Ok ma vorrei ribadire che le parole nascondono i concetti dietro  a
se. Parla di cose insensate e si apre un
panorama di nuove domande (quante particelle deve avere un sistema
"sensato"? Perche`quelle? E se  applico
le definizioni a sistemi con un numero inferiore perche` non ha
senso?) parla di cose di scarsa utilita` o di
limiti di approssimazioni e le domande svaniscono.
the Volk

Se ragioniamo in termini puramente statistici, l'entropia
termodinamica può essere vista come un'applicazione del concetto più
generale di entropia dell'informazione di Shannon (
http://en.wikipedia.org/wiki/Information_entropy
 , in fondo c'è un
paragrafo che parla del legame tra i due concetti).
Infatti si associa a ogni stato nello spazio delle fasi (concetto
applicabile su un numero qualsiasi di particelle, da una sola a
moltissime) una probabilità, e a partire dalla distribuzione di
probabilità si calcola l'entropia. Quando i sistemi comunicano, e i
vincoli (legati alla quantità di moto, al momento angolare e
all'energia) diventano più rilassati, l'entropia aumenterà perché ci
saranno nuovi stati prima inaccessibili (cioè la distribuzione di
probabilità diventerà più omogenea).
Quindi per chiarire una volta per tutte la questione: la teoria ben
assodata è quella della meccanica (classica o relativistica), e quello
che conta sono le variabili fondamentali (energia, quantità di moto,
momento angolare) e come queste variabili siano distribuite nella
popolazione. L'entropia è poi un concetto puramente statistico
applicato allo studio di queste variabili.
Evidentemente in questo esperimento si è riuscito a verificare che la
distribuzione di energia nel tempo è variata in modo contrario
rispetto a quanto previsto dal secondo principio. Cioè semplicemente,
il sistema era abbastanza piccolo da rendere questo fenomeno
sufficientemente probabile, e sono riusciti a misurarlo.
Cosa c'è che non è chiaro in questo?
Ora quello che mi chiedevo è : ci sono modi, previsti dalle teorie
fisiche più moderne, con cui è possibile che ci sia una violazione in
sistemi macroscopici ?