Se la Terra girasse all’inverso
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.
NOTA*
Il termine è stato introdotto dal premio Nobel Ilya Prigogine nel suo classico del
1977 Self-organization in non equilibrium
systems, from dissipative structures to order to fluctuations (Wiley, N.Y.
1977), tradotto in italiano come Le
strutture dissipative, autoorganizzazione dei sistemi termodinamici in non
equilibrio (Sansoni, Firenze 1982).
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