Entropia, universo e… Galline

Come una gallina ci richiama il rapporto esistente tra l'universo e l'entropia, secondo il premio Nobel Roger Penrose

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Prima di addentrarci in questo ardito parallelismo tra galline ed entropia dell’universo, è doverosa una breve e semplificata definizione di cosa sia l’entropia.
In fisica classica, e più specificatamente in meccanica statistica, l’entropia è una misura del grado di disordine di un sistema fisico, compreso, come caso limite, l’intero universo.

Come ha detto il matematico e fisico inglese, Premio Nobel per la Fisica 2020,  Roger Penrose, la storia dell’uovo e della gallina ci permette di trarre delle interessanti conclusioni sulla natura entropica dell’universo.
Una gallina, come per altro una persona o un rinoceronte, è un sistema fisico molto ordinato, ovvero con una bassissimo grado di entropia. Il sistema vivente che chiamiamo gallina, resta in vita, mangiando e respirando, abbastanza a lungo da poter produrre delle uova. Cibo ed ossigeno sono gli elementi necessari per produrre energia.

Per sopravvivere, la nostra ideale gallina deve assumere tanta energia quanto ne dissipa nell’ambiente attraverso gli scarti metabolici e le attività quotidiane. Questo equilibrio energetico impedisce che la gallina cresca sconsideratamente di peso fino a rimanere uccisa.

L’energia che la gallina, mediante il calore, libera nell’ambiente è un’energia molto disordinata, ad alto valore entropico, poiché produce attraverso le molecole che immette una perturbazione con le altre molecole presenti nell’aria. Diversamente quando il nostro volatile mangia, assume energia a basso contenuto entropico, pertanto ci troviamo di fronte ad un sistema vivente che incorpora energia con basso livello di entropia e disperde energia con alto livello entropico.

Se la gallina si nutre di insetti, quindi di altri animali, introita sistemi fisici molto ordinati, le dimensioni infatti non ci devono fuorviare. Un lombrico o un elefante sono entrambi sistemi fisici a basso livello entropico.
E lo stesso accade se si nutre di vegetali, il processo di fotosintesi infatti usa la luce solare per trasformare l’anidride carbonica in ossigeno. Quindi, in definitiva, gioca un ruolo essenziale un sistema fisico molto speciale e molto ordinato:  il nostro Sole.

La nostra stella è nata circa 5 miliardi di anni fa da una nube di gas diffusa che ha iniziato progressivamente ad ammassarsi grazie alle reciproche forze gravitazionali dei suoi componenti. Man mano che la forza di gravità agiva, questa nube diventava progressivamente più densa e più compatta fino al punto da generare le fusioni nucleari.

Cosi nasceva una stella calda e stabile, caratterizzata da una bassa entropia. Ma la nube di gas alla sua origine da dove proveniva, come si era formata?
Probabilmente la nube di gas era il prodotto di scarto della morte di vecchie stelle, che esplodendo (nova o supernova) hanno scagliato nello spazio profondo immense nubi di gas.
Ma allora chi ha prodotto le nubi di gas che hanno dato vita alle prime stelle che poi morendo hanno prodotto la nube di gas che ha dato vita al nostro Sole?

Secondo la più accreditata teoria cosmologica le nubi primeve si sono formate proprio nei due minuti successivi al Big Bang.
In quell’istante della vita dell’universo, esso era costituito da un gas caldo e quasi uniforme formato per il 75% da idrogeno, il 23% da elio e piccole quantità di deuterio e litio. Un gas con un livello di entropia incredibilmente basso!
A questo punto è intervenuta la gravità che ha portato il gas primordiale a costituire innumerevoli ammassi rompendo la sua uniformità.

Questa tendenza ordinatrice (la costituzione degli amassi) però dal punto di vista del bilancio entropico è controbilanciata dal calore del gas che si compatta e successivamente anche dal calore prodotto dalle reazioni termonucleari.

In altre parole secondo la seconda legge della termodinamica la formazione di sistemi ordinati (come ammassi, galassie, stelle) e ampiamente compensata da processi ad alto contenuto entropico (ovvero disordine).
Il bilancio entropico è quindi sempre in rosso. Pertanto dal momento di maggior ordine del nostro universo, il Big Bang, l’entropia è sempre cresciuta.

Cosi, miliardi di anni dopo miliardi di anni, dagli ammassi di gas, si sono formate le galassie, poi le stelle, e poi in una zona semiperiferica della Via Lattea, nasceva una stella calda e stabile e poi si formava un pianeta molto speciale, sul quale la vita si è evoluta attraverso organismi sempre più complessi, fino ad arrivare alla nostra gallina.

Questa gallina ha deposto un uovo, che abbiamo acquistato in un supermercato, appoggiato sul piano di lavoro della nostra cucina, dove a causa di un nostro incauto gesto, è rotolato fino a cadere sul pavimento spiaccicandosi e continuando così il suo percorso verso una maggiore entropia. Purtroppo quell’uovo non potrà come in un film al rallentatore, riavvolgersi, auto-ripararsi e riposizionarsi sul nostro piano di lavoro, integro.

Anche questo piccolo incidente domestico ci porta alla conclusione che tutto nasce da un incredibile ordine iniziale a partire dal quale abbiamo assistito ad una progressiva evoluzione verso un disordine maggiore.