LONTANO DALL'EQUILIBRIO, DA 2.500 ANNI

Ignis mutat res, il fuoco trasforma la materia. Il fuoco porta a reazioni chimiche, a processi come fusione e evaporazione. Il fuoco fa esplodere il carburante e rilascia calore. Da tutte queste comuni cognizioni del XIX secolo la scienza ricavò il singolo fatto che la combustione produce calore e che il calore può produrre aumento di volume; e come risultato finale la combustione produce lavoro. Il fuoco porta quindi a una nuova macchina, la macchina termica, l'innovazione tecnologica su cui è stata fondata la società industriale.

Quale è il nesso tra "calore" e "lavoro"? Questa domanda fu all'origine della formulazione del principio di conservazione dell'energia. Il calore ha la stessa natura dell'energia, il calore è trasformato in lavoro ma l'energia è conservata. Ma c'era di più.

Nel 1811 il barone Joseph Fourier, prefetto di Isere (quello della trasformata, NdCS), vinse la medaglia dell'Accademia Francese delle Scienze per la sua descrizione matematica della propagazione del calore nei solidi. Il risultato formulato da Fourier era sorprendentemente semplice ed elegante: il flusso di calore è proporzionale al gradiente di temperatura. E' degno di nota che questa semplice legge si applichi alla materia qualunque sia il suo stato, solido, liquido o gassoso. Inoltre rimane valido qualsiasi sia la composizione chimica del materiale, sia esso ferro o oro. E' soltanto il coefficiente di proporzionalità tra flusso di calore e gradiente di temperatura che è specifico di ogni sostanza. La legge di Fourier fu la prima a descrivere un processo irreversibile. C'è una direzione privilegiata del tempo quando il calore fluisce secondo la legge di Fourier, dalle alte alle basse temperature. Questo è in contrasto con le leggi della dinamica newtoniana in cui passato e futuro hanno lo stesso ruolo (il tempo entra nella legge di Newton solo tramite derivate seconde, quindi la legge di Newton è invariante rispetto alla inversione del tempo t →-t). E' la seconda legge della termodinamica che esprime la differenza tra processi "reversibili" e irreversibili attraverso l'introduzione dell'entropia. I processi irreversibili producono entropia.

La storia dei due principi della termodinamica è estremamente curiosa. Nati nel mezzo di questioni tecnologiche acquisirono rapidamente uno status cosmologico.
 

Infatti se esponiamo i principi come formulati da Rudolf Clausius (1822-1888) in the year 1865:

"L'energia dell'universo è costante"

"L'entropia dell'universo procede verso un massimo".

Fu la prima formulazione cosmologica  evoluzionistica. 

Fu una dichiarazione rivoluzionaria perché asserire l'esistenza dei processi irreversibili (e quindi dell'entropia) confligge con la visione della dinamica, reversibile rispetto al tempo. Certo, la dinamica classica è stata superata da meccanica quantistica e relatività. Ma il conflitto rimane perché sia nella meccanica quantistica che nella relatività le leggi dinamiche di base sono reversibili rispetto al tempo.
La risposta tradizionale a questo punto è l'enfatizzare il fatto che i sistemi considerati dalla termodinamica sono così complessi (contengono un numero immenso di particelle) che siamo obbligati ad introdurre approssimazioni. La seconda legge della termodinamica avrebbe la sua radice nelle approssimazioni! Alcuni autori si spingono a sostenere che l'entropia è solo un'espressione della nostra ignoranza.

Di nuovo la recente estensione della termodinamica a situazioni lontane dall'equilibrio è essenziiale. I processi irreversibili portano a nuove strutture spazio-tempo. Giocano un ruolo costruttivo fondamentale. Nessuna vita sarebbe possibile senza processi irreversibili. Sembra assurdo suggerire che la vita sia il frutto delle nostre approssimazioni! Quindi non possiamo negare la realtà dell'entropia, l'autentica essenza della freccia del tempo in natura. Siamo i figli dell'evoluzione, non i suoi progenitori.
Domande inerenti la relazione tra entropia e dinamica hanno ricevuto una grande attenzione recentemente ma sono tutto tranne che semplici. Non tutti i processi dinamici richiedono il concetto di entropia. Il moto della terra attorno al sole è un esempio in cui l'irreversibilità (dovuta all'attrito delle maree, per esempio) può essere ignorata e il moto può essere descritto da equazioni simmetriche rispetto al tempo. Ma recenti sviluppi nella dinamica nonlineare hanno mostrato che tali sistemi sono eccezioni. La maggior parte dei sistemi esibisce un comportamento irreversibile e caotico.

(D. Kondepudi, I. Prigogine, 2014)

Già, la maggioranza dei sistemi esibisce un comportamento irrevesibile, caotico (che non vuol dire casuale o confuso https://ilchimicoscettico.blogspot.com/search/label/Caos ). Ma questo semplice assunto sembra sfuggire ai più, specialmente tra quanti oggi come oggi vengono definiti "scienza" o "comunità scientifica". E così abbiamo sentito parlare di crescita lineare di casi di morbillo nel 2017 e di "esponenziali" COVID nel 2020 (in fondo un esponenziale in scala logaritmica è una retta) - e ancora si continua.

Il che mi fa citare per l'ennesima volta Lord Robert May con le sue parole del 1989:

"Il messaggio che mi parve urgente più di dieci anni fa è ancor più vero oggi: non solo nella ricerca biologica ma anche nel quotidiano di politica ed economia le cose sarebbero molto migliori se si comprendesse che semplici sistemi nonlineari non possiedono necessariamente proprietà dinamiche semplici"

 

Ma niente da fare: per quanto il messaggio fosse urgente nel 1979 e nel 1989 e ancora più urgente nel 2023 continua ad essere fondamentalmente ignorato. E sembra una cosa profondamente connaturata nella maggioranza degli esseri umani, da tempi immemorabili.

 

Solo rileggendolo ho notato il sapore eracliteo dell'incipit del brano di Kondepudi e Prigogine. Ma in fondo Eraclito ci ha dato la prima formulazione della freccia del tempo a suo modo, mentre gli eleatici ritenerro il tempo illusorio. E non solo. Se siamo debitori di un gallo ad Asclepio e dell'entropia a Carnot ( https://ilchimicoscettico.blogspot.com/2022/11/entropia-in-uk-e-imparare-ad-essere.html), a Eraclito dobbiamo anche il λόγος. Eppure cosa scriveva ai suoi tempi?

E' bene riportare una delle note di France Fronterotta, curatore di questa edizione dei Frammenti:

Il verbo φρονέυω significa in generale «riflettere», «ragionare» o anche «pensare», ma in questo caso sembra alludere piuttosto a un processo di comprensione o di consapevolezza, che i più non riescono
a porre in atto, rivolto a oggetti e fenomeni dell’esperienza ordinaria e quotidiana, verosimilmente proprio quelli che invece essi avrebbero la capacità di comprendere se, come indica il fr. 1 [1 DK; 1 Marc.], prestassero attenzione all’ascolto e all’insegnamento del «ragionamento», che appunto rivela «ogni cosa in base alla sua natura e dicendo com’è»

No, non è possibile immergersi due volte nello stesso fiume, eppure da 2.500 anni ci si continua a scordare di questa semplice evidenza. Questo frammento eracliteo, come altri, proviene dagli Stromata di Clemente Alessandrino e questa provenienza non è che l'ennesimo segno della forza intelletuale dei padri alessandrini, che ebbero a scontrarsi con sette dualiste più o meno cristianeggianti. Queste sette predicavano l'inferiorità ontologica di buona parte degli esseri umani rispetto agli πνευµατικοi, gli spirituali (https://ilchimicoscettico.blogspot.com/2021/01/divagazioni-antiche-tardo-antiche-etc.html). Il che a ben vedere, mutatis mutandis, è una delle ideologie più diffuse in questo secolo: le istanze tese a privare di diritti costituzionali i non conformi le abbiamo ben viste e l'infinita invettiva contro gli analfabeti funzionali o di ritorno da parte quelli che "leggono" o "hanno studiato". Ma nel frammento eracliteo non si parla di lettura o studio: φρονέυω, appunto, che è tutta un'altra cosa.