Newsgroup: it.scienza.fisica
Titolo: Domanda stupida sull'entropia

Salve a tutti.
Probabilmente la domanda vi parrà stupida, ma dovete capire che io sono un
aspirante biologo e di fisica ne mastico ben poca, e quella poca la
digerisco male :-)
Cmq la domanda mi è sorta stamattina durante la lezione di introduzione alla
fisiologia cellulare.
La Prof stava rispolverando i Principi della Termodinamica, ben conscia che
un piccolo ripasso ci avrebbe fatto solo bene; e giusto quando si parlava
del fatto che l'entropia di un sistema isolato (ossia in cui non avviene
nessuno scambio ne di materia ne di energia con l'esterno) può solo
aumentare, o al più restare uguale,  mi è sorta una domanda che non sono più
riuscito a scrollarmi di dosso.
Se l'entropia dell'universo (che, se non ho frainteso, non e' che una misura
del suo stato di "disordine") non può che aumentare, non mi si spiegano
alcune cose.
Come è che, nel corso della sua evoluzione, c'è stato un continuo aumento
della sua complessità?
Mi spiego... subito dopo il big bang era tutto incasinatissimo, suppongo:
elettroni e protoni e le loro antiparticelle che si incozzavano uno con
l'altro, temperature altissime, quark che andavano a destra e a manca...
insomma un insieme abbastanza entropico direi; poi piano piano si sono
formati gli atomi, da qui le stelle, le galassie ecc... fino ad arrivare ad
uno stato attuale sicuramente più "ordinato" di quello iniziale.
Lo stesso ragionamento lo si può poi rapportare, su scala molto più piccola,
alla nascita della vita: da semplici elementi chimici si sono formate
molecole più complesse e quindi ordinate; che si sono poi riunite in una
maniera molto complicata e molto molto ordinata (talmente ordinata che
bastano piccolissime variazioni in questo ordine ad ucciderci) a dare quello
che noi oggi definiamo vita.
Spero di essere riuscito a spiegarmi; ringrazio anticipatamente chiunque
volesse rispondermi.
Federico

che noi oggi definiamo vita.
Devi fare attenzione a non confondere le variazioni di entropia del 
sistema che stai prendendo in esame con le variazioni di entropia 
totale. La termodinamica afferma che l'entropia totale (quindi sistema + 
ambiente, che insieme formano l'universo termodinamico) aumenta SEMPRE 
nelle trasformazioni irreversibili. Quando si formano legami chimici, 
viene liberata una certa quantità di energia sotto forma di calore, che 
va ad aumentare l'entropia dell'ambiente in misura maggiore di quanto 
l'entropia del sistema (ad es. la molecola che si sta formando)
diminuisce. 
Ciao

L'entropia che aumenta in un sistema isolato è una questione statistica, per
cui credo che in alcuni sottosistemi si possano dare delle deviazioni
statistiche che portano localmente a delle inversioni di tendenza, per cui
l'entropia per un certo tempo qua e là diminuisce.
Si potrebbe poi fare della filosofia ipotizzando un intervento ordinatore
della vita, ma si rischia di sconfinare in argomentazioni forse troppo
opinabili e lontane dalla scienza.
Ma, secondo me, la questione principale è se si possa considerare TUTTO
l'universo un sistema isolato.
Sempre secondo me, anche gli studiosi più illuminati quando parlano 'di
tutto l'universo' sono portati ad estrapolazioni troppo fantasiose.Ciao
                Giorgio


 ha scritto nel messaggio


 del secondo gruppo è decisamente superiore!
Io penso che la complessità, o meglio "la quantità di informazione"
presente in un sistema, sia direttamente correlata all'energia del
sistema; farei anzi un passo ulteriore, dicendo che l'energia è la
manifestazione del fluire di informazione dinamica da un sistema ad un
altro, che quindi materia = energia = informazione. Da ciò anche
l'informazione si conserva.
Questo porta a dire ad esempio che la quantità di informazione (quindi
la complessità) presente in un dato "oggetto", chiuso in una cassa
ermetica, dopo aver portato la cassa ad alta temperatura ed averla
raffreddata alla temperatura precedente, è esattamente quella di prima,
se esattamente quella di prima è la massa e l'energia. L'errore nasce
dal dare una valutazione qualitativa, personale di complessità, invece
che quantitativa.
Sembra paradossale? No, se togliamo dal concetto di complessità
l'osservatore assoluto (essere umano) e la "qualità" dell'informazione
che sicuramente cambia, qualità che però è relativa alla capacità di
interpretazione dell'osservatore. Invece la quantità di informazione,
può essere vista immaginando un'istantanea che "congeli" tutte le parti
dinamiche che compongono il corpo; bene, la sommatoria dei *potenziali*
di energia e di movimento di ogni singola parte in quel dato istante è
il contenuto informativo del sistema, la sua complessità.
Saluti,
Arnaldo.

se esattamente quella di prima è la massa e l'energia. 
Ma cosa intendi di preciso con il termine "informazione"? Che tipo di 
grandezza fisica (?) dovrebbe essere? La tua definizione secondo cui 
essa è direttamente connessa alla complessità non basta, in quanto la 
stessa complessità non è definibile in termini fisici (sempre volendo 
scartare, come dici tu, considerazioni soggettive) :)
Ciao

della sua complessità?
La ragione e` semplicissima: e` possibilissimo che in un
sottosistema *non* isolato dal resto l'entropia diminuisca,
al prezzo di un aumento altrove. La Terra riceve luce
solare e riemette infrarossi, quindi non e` isolata. Questo
scambio puo` far diminuire l'entropia sulla Terra aumentandola
altrove. Non a caso, senza il Sole non ci sarebbe vita.
Ciao
Paolo Russo

Intanto grazie per le risposte.
Vediamo se ho capito.
Il fatto che si siano creati dei "sottositemi ordinati" (come galassie,
sistemi solari, ecc...) all'interno dell'universo,  e il tutto non sia
rimasto semplicemente un polverone di atomi sparsi, è dovuto al fatto che in
realtà l'espansione ha reso possibili più microstati, compensando così il
fatto che il tutto stesse diventando meno "omogeneo".
Deduco quindi, per esempio, che l'energia liberata dalla formazione di una
stella, ed eventualmente durante il suo ciclo vitale, sia sufficiente a
compensare la momentanea e locale diminuzione di entropia, inducendo un
generale aumento di entropia nell'universo.
Quindi in realtà l'universo è più disordinato così, con stelle che
disperdono energia, che non se fosse rimasto, per esempio, una distribuzione
caotica di atomi.
Da questo quindi si deduce che la maggior "complessità" non sta
necessariamente per minore entropia.
Per quanto riguarda il discorso vita, il ragionamento è quindi simile, anche
se forse un po' più sottile.
Bisogna ipotizzare una locale diminuzione di entropia dettata
fondamentalmente dal "caso", poichè in realtà non aveva nessuna necessità di
manifestarsi.
Infatti, se con l'aggregarsi in stelle e il conseguente rilascio di energia,
gli atomi sparsi dell'universo hanno in realtà aumentato l'entropia; lo
stesso non si può dire per gli elementi che si sono aggregati a dare le
molecole organiche: infatti l'energia necessaria per queste reazioni (che in
parte serve proprio per coprire la diminuzione di entropia)è, in ultima
analisi, quella fornita da una stella.
Questa energia "catturata" durante il processo fotosintetico, serve, tra
l'altro, a far diminuire l'entropia del sottosistema "viventi", ma, dopo un
numero x di passaggi biologici ritorna ad aumentare l'entropia dell'universo
sotto forma, in ultima analisi, di calore.
La cosa buffa è che non c'era nessuna necessità di tutti quei passaggi, dal
punto di vista termodinamico, quindi pare che noi "viventi" siamo solo uno
scherzo della natura!:-)
Mhhh... i conti parrebbero tornare...se ho fatto qualche strafalcione sarei
ben lieto di sentire ulteriori pareri/idee.
Per Luca: grazie della risposta, il concetto di espansione dell'universo con
conseguente aumento dei microstati(anche se in realtà lo conoscevo, ma
chissà perchè non ci avevo pensato) mi ha aiutato a sistemare il puzzle.
Per Giorgio: cosa intendi di preciso quando dici che la questione è se si
possa considerare l'universo un sistema isolato?  Potrebbe non esserlo?
Per Giuseppe: sul discorso umani e scimpanzè, bisogna secondo me fare un
distinguo. Se mi parli di complessità interna, mi spiace darti forse una
grossa delusione, ma è pressochè la stessa (se non ricordo male i due DNA
matchano per circa il 98% o giù di lì).
Se invece parli di organizzazione "sociale", è vero che quella dell'uomo è
senz'altro più complessa, ma infatti per mantenerla l'uomo è forzato ad un
dispendio di energia enormemente più grande di quello degli scimpanzè, e
quindi il contributo dell'uomo all'aumento di entropia dell'universo è
sicuramente più grande di quello degli scimpanzè.
Ciao a tutti!
Federico

sicuramente più grande di quello degli scimpanzè.
Sicuramente, data l'enorme quantità di roba che bruciamo ogni giorno ;(
Ciao


Avevo dato una (provvisoria) definizione di "quantità di informazione"
(intesa come sinonimo di complessità) di un dato sistema, quale
risultato della sommatoria dei potenziali di energia e di movimento
(modulo) delle parti del sistema ad un dato istante. Questa è quindi una
definizione quantitativa. 
Se nella cassa ermetica di cui parlavo mettiamo un libro, ed alla fine
abbiamo cenere e fumo, per l'osservatore "uomo" apparentemente il
sistema ha perso complessità; in effetti è cambiata la qualità della
complessità relativamente all'osservatore, ma, se è corretta la mia
definizione, non la quantità.
Ciao,
Arnaldo.