Se due cavalcano un cavallo, uno deve stare dietro.

William  Shakespeare

                                                                                          

 

Ho letto su una rivista scientifica che un sistema, quando è in disordine, ricerca in se stesso un ordine. Me lo confermi?

 

Non sempre, ma quando un sistema si trova lontano dall'equilibrio si genera un'instabilità che porta, molto spesso, a un'organizzazione interna.

La comprensione dei fenomeni irreversibili è stata rivoluzionata dallo studio delle strutture dissipative*, di quei sistemi, cioè, che sono aperti e lontani dalle condizioni di equilibrio, nei quali le variazioni del livello dell’energia sono in grado di estrarre ordine dal caos.

 

 

Nella vita di tutti i giorni ci accorgiamo più del passaggio al disordine che del passaggio all’ordine.

 

È una conseguenza della cosiddetta “freccia del tempo”, che è un modo poetico di definire la direzione dal passato al futuro.

Nel mondo che sperimentiamo nella vita di tutti i giorni, esiste una ben precisa direzione del tempo: dal passato al futuro, senza eccezioni di rilievo. Questa direzione è la stessa che va dall'ordine al disordine. Ricordiamo che la misura del disordine di un sistema è una quantità che va sotto il nome di entropia.

Se vedessimo i pezzi di un bicchiere saltare dal pavimento sulla tavola e ricomporsi in un bicchiere intero parleremmo di miracolo.

A livello di particelle microscopiche però questa differenza non esiste. Un atomo può viaggiare in una direzione oppure nella direzione opposta senza conseguenze.

Un composto chimico può essere sintetizzato a partire da sostanze elementari e, spesso, tali sostanze possono essere ottenute di nuovo, partendo dal composto sintetizzato.

Un caso tipico è l’acqua, che può essere ottenuta facendo reagire nel modo giusto ossigeno e idrogeno. D’altro canto, mediante un semplice processo di elettrolisi, è possibile scindere la stessa acqua in atomi di ossigeno e di idrogeno aventi le stesse caratteristiche che avevano prima della sintesi. Ho detto “nel modo giusto” perché ossigeno e idrogeno che reagiscono in un altro modo costituiscono il carburante dei razzi, non acqua fresca!

 

In che cosa differiscono i due modi di reagire?

 

Nei due modi di reagire di ossigeno e idrogeno, notiamo che in un caso viene fornita energia al sistema, mentre nell’altro l’energia viene estratta.

Una differenza carica di conseguenze.

 

Che cosa ci insegna l’esempio dell’acqua?

 

Per un elettrone è indifferente girare attorno al suo atomo in senso orario oppure antiorario, ma anche per un sistema immensamente più grande, il sistema Terra-Sole, la direzione della rotazione terrestre è del tutto ininfluente a tutti gli effetti pratici.

Se la Terra girasse in senso inverso, il Sole, semplicemente, sorgerebbe a Ovest e tramonterebbe a Est, ma il giorno sarebbe sempre di 24 ore, le stagioni le stesse, ecc. Al massimo vedremmo sorgere il Leone prima del Toro, ma ci faremmo l’abitudine.

La direzione effettiva della rotazione, per quanto se ne sa, non è dovuta a una ragione particolare, e non può essere vista in funzione di uno scopo specifico: è semplicemente il prodotto del caso. D’altro canto, il sistema doveva per forza fare una scelta, una volta stabilito che la Terra doveva ruotare.

 

Questo ultimo punto dovrebbe farci riflettere sull’esistenza di un principio unificante.

 

La riflessione sul sistema Terra-Sole e atomo-elettrone ci porta a concludere che la differenza sta solo nelle dimensioni; i due sistemi, dal punto di vista della rotazione, sono in realtà equivalenti sotto l’aspetto della complessità.

 

La scienza classica si è peraltro concentrata, fino a tempi relativamente recenti, sullo studio dei fenomeni che prescindono dalla direzione della freccia del tempo, cioè i fenomeni reversibili.

 

L’aspetto fondamentale è che le strutture dissipative si mantengono in esistenza grazie all'interazione col mondo esterno.

Spingendo le ricerche alle estreme conseguenze, si concluderebbe, probabilmente, che anche la vita stessa è il risultato di processi di auto-organizzazione spontanea.

Già il grande fisico Erwin Schrödinger nel suo libro Che cos'è la vita? aveva intuito che la vita si può descrivere come un sistema che “consuma” entropia.

 

Cosa intendi per sistema?

 

Intendo un corpo o un insieme di più corpi individuabili come un’entità a sé stante nell’ambiente in cui è posto o sono posti.

 

Entropia e casualità sembrano in contrasto con l’autorganizzazione spontanea della vita.

 

C’è un intreccio tra entropia, casualità e proprietà emergenti.

L'entropia è la misura del grado di casualità e di disordine di un sistema.

Il secondo principio della termodinamica sostiene che, all'interno di sistemi chiusi (cioè che non scambiano energia con l'esterno) l'entropia aumenta o, al massimo, rimane stabile.

Se esiste un fenomeno contrario all'entropia, che consente ai sistemi di autorganizzarsi in forme complesse, allora l'emergenza della vita, alla lunga, è inevitabile.

In caso contrario, la natura probabilistica della meccanica quantistica consente all'universo di manifestarsi, a caso, in un numero infinito di modi, in alcuni dei quali si devono necessariamente presentare condizioni favorevoli alla comparsa di fenomeni complessi, come la vita.

 

Il secondo principio permette la crescita, temporanea, dell'ordine in sistemi attraversati da un flusso di energia: le strutture dissipative.

La crescita è temporanea perché, prima o poi, qualunque sistema deve pagare all’ambiente il suo debito di risorse.

 

 

Più si invecchia e più ci si convince che

sua maestà il caso fa i tre quarti

del lavoro in questo universo.

Federico il Grande

 

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