Tra i pianeti del sistema solare solo il nostro di notte è illuminato grazie alla capacità dell’uomo di imbrigliare l’energia. Fin dai tempi preistorici l’uomo ha tentato di ricavare energia da forme di energia concentrata e ordinata per vivere meglio. Ha iniziato col fuoco estraendola dalla legna arsa e con esso si riscalda, tiene lontano le belve e fa luce di notte. Poi ha escogitato ogni trucco per estrarre sempre più energia dall’ambiente da utilizzare per le proprie necessità e anche comodità. L’energia è essenziale per noi. Senza l’energia che triamo dal cibo che mangiamo moriremmo. E poi la usiamo per costruire, per illuminare, per riscaldare, per trasportare, per cucinare, per ogni nostra esigenza. Sì ma che cosa è esattamente l’energia? Per capire cos’è l’energia dobbiamo partire da quando l’uomo ha cercato di canalizzarla e piegarla alle sue necessità, cioè dall’invenzione della macchina a vapore e dalla scienza che ne è scaturita: la termodinamica. Quasi tre secoli fa fu inventata una macchina che sfruttando il vapore dell’acqua era in grado di trasformare la forza del vapore in movimento meccanico. Queste macchine termiche erano in grado di sviluppare forze enormi e di svolgere compiti inimmaginabili prima. Possiamo dire che ad innescare la scintilla della termodinamica fu lo scienziato, filosofo e genio: Gottfried Gottfried Wilhelm von Leibnitz (1646 – 1716). Uno dei primi uomini a tentare di capire l’essenza dell’energia. A quel tempo gli scienziati erano convinti che il mondo fosse una macchina viva e perfetta progettata da qualche entità sovrannaturale potente e saggia e loro compito era di comprendere i meccanismi che lo facevano funzionare. Leibnitz ipotizzò che quando un corpo in movimento colpisce un altro corpo quest’ultimo si sposta a causa di una forza viva, così la chiamò, che, nell’attimo del contatto, si trasferisce, come se fosse una sostanza vera, dal primo corpo all’altro. Leibnitz diceva che tale forza viva è stata messa da Dio, durante il processo di creazione, in tutti i processi del mondo e che resterà e si conserverà nel mondo per sempre. Il problema era come definirla e come catturarla per piegarla ai nostri scopi. Nel XIX secolo la forza viva immaginata da Leibnitz veniva sfruttata dai motori a vapore che erano in grado di sostituire i muscoli degli uomini e degli animali con la potenza del vapore per ogni attività umana. Però nessuno aveva capito la natura fondamentale della forza viva e quindi qual era il processo che trasformava il calore in movimento del motore. Dobbiamo a Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796 –1832) il primo passo verso la termodinamica, la scienza che studia il calore. Egli si propose nella sua breve vita, stroncata a 36 anni da una epidemia di colera, di analizzare profondamente la fonte della potenza del calore studiando con meticolosità il modo in cui il fuoco e il calore facevano funzionare i motori. Nel 1824 scrisse le sue riflessione sulla forza motrice del fuoco e sul concetto fondamentale alla base del funzionamento di ogni motore termico. Immaginò che il calore fosse un flusso che passa da un corpo caldo a uno freddo e che si trasforma in un moto meccanico proprio come un flusso d’acqua fa girare le pale di un mulino. Carnot intuì anche che maggiore è la differenza di temperatura fra il corpo caldo e quello freddo e maggiore è il flusso di calore che si sviluppava e maggiore è il lavoro che il motore può sviluppare. E questa è una profonda proprietà della natura un processo che è alla base del funzionamento dell’intero Universo. Gli studi della termodinamica portarono ad una prima grande conclusione, la prima legge: l’energia non viene mai creata o distrutta ma si trasforma sempre da una forma all’altra. Pertanto bollire l’acqua o sollevare un peso sono solo due facce della stessa medaglia: l’energia. Questo significa che in ogni sistema chiuso, compreso l’intero Universo, l’energia è sempre la stessa, cioè è costante e si può solo trasformare da una forma a un’altra. Successivamente lo scienziato tedesco Rudolf Clausius (1822 – 1888) intuì che non solo il calore si sposta naturalmente in un solo verso: dal caldo al freddo, ma tutte le forme di energia hanno una determinato verso naturale irreversibile. Il flusso di energia, se non sollecitato, tende a passare naturalmente da uno stato concentrato e ordinato a uno con minore concentrazione e ordine e la parte di concentrazione e ordine dispersa la chiamò entropia. L’entropia misura il calore disperso nel caso di passaggio caldo-freddo o l’energia diffusa nel caso di passaggio maggiore concentrazione-minore concentrazione. Clausius ne scrisse anche l’espressione matematica con la seguente formula: dS/dt ≥ 0, dove d indica una piccolissima variazione, S indica l’entropia e t il tempo. Questa è la seconda legge della termodinamica e afferma che l’entropia aumenta sempre. Questo processo si applica a qualsiasi sistema chiuso e anche all’intero Universo che, quindi, col passare del tempo, come una normale tazza di caffè, naturalmente, irreversibilmente e inesorabilmente si raffredderà sempre più passando da forme di energia concentrate e ordinate a forme di energia diluite e disordinate. Pertanto il significato dell’entropia è che essa è una misura del disordine dell’universo. Dire che l’entropia aumenta sempre è soltanto un modo tecnico di dire che le cose si raffreddano irreversibilmente. Il processo di cambiamento e degrado è inevitabile. E l’Universo stesso un giorno o l’altro raggiungerà un punto di massima entropia, o di massimo disordine, di massimo freddo. E quel giorno morirà.
A questo punto la domanda sorge spontanea: “Come si è potuta formare una forma di vita così ben organizzata come la nostra?” Sempre grazie alla seconda legge della termodinamica è possibile, attingendo al flusso naturale che va dall’ordine al disordine, dal caldo al freddo, generare qualcosa di nuovo e creare un nuovo ordine e nuove strutture. Immaginate una cascata: alla fine del salto geodetico genera degli spruzzi. Quegli spruzzi possiamo immaginarli come varie forme di vita. Potremmo essere noi, un albero o qualsiasi altra forma o struttura come lo sono i motori termici. Quindi anche l’entropia che aumenta, può essere un fatto costruttivo. E l’uomo ha saputo trarre profitto attingendo a parte di questo flusso: i motori fanno questo. Ma anche i nostri corpi lo fanno. L’evoluzione ha modellato i nostri corpi in modo tale che esso è capace di trasformare l’energia ordinata del cibo in energia disordina e alimentandosi da questo processo. Sia i motori, le centrali elettriche, le forme di vita si alimentano attingendo al gigantesco flusso cosmico che va dall’ordine al disordine. Il pianeta di notte è illuminato perché sfrutta l’energia disintegrata dell’Universo per mantenere in ordine e migliorare la nostra società. L’umanità ha prosperato perché ha scoperto forme di energia sempre più concentrata e ordinata e l’ha sfruttata per le sue esigenze e oltre. Oggi l’uomo sta tentando di sfruttare la primordiale forma di energia, quella che alimenta le stelle e il nostro Sole: l’idrogeno, l’elemento più abbondante nell’Universo. Usando una macchina chiamata Tokamak che produce il processo di fusione di due isotopi dell’idrogeno (il deuterio e il trizio) sta cercando di creare una piccola stella sulla Terra che offrirà la possibilità di avere energia abbondante e quasi illimitata. Sebbene non si possa sfuggire all’aumento dell’entropia, all’aumento del disordine con la nostra intelligenza e le nostre capacità tecnologiche stiamo sfruttando parte del flusso dell’energia cosmica. La speranza è che comprendendo sempre meglio le leggi dell’Universo possiamo allungare lo sfruttamento di parte di questo flusso cosmico ancora per milioni di anni.
