Ordine e disordine nell’Universo

L’Universo può essere visto come un immenso sistema complesso, contenente una quantità enorme di parti: stelle, pianeti, buchi neri … Un’importante legge della fisica – talmente importante da essere assunta al rango di principio – afferma che “l’entropia dell’Universo è in continuo aumento”. Cosa significa? E che importanza riveste tale principio nell’ottica del discorso sulle luci che indicano il divino?

L’entropia è un parametro che in modo semplice misura il livello di disordine di un sistema. Pensiamo ad un sistema noto a tutti: la nostra stanza, contenente diversi oggetti e delimitata dalla sue pareti. Ora, questi oggetti possono essere disposti in modo ordinato (in posti precisi secondo i nostri intendimenti) oppure essere disposti più o meno alla rinfusa. Se il disordine è elevato significa che l’entropia della stanza è elevata, e viceversa. Infatti ordine significa posti precisi mentre disordine significa che gli oggetti possono stare in tutti gli altri posti disponibili che sono molti di più, come sappiamo bene! Quindi il disordine è più probabile dell’ordine e un sistema chiuso (come la propria stanza con porte e finestre chiuse) può evolvere nel tempo con maggiore probabilità verso il disordine che verso l’ordine, in accordo col principio che abbiamo appena enunciato. Può succedere, ad esempio, che prima o poi il lampadario si stacchi dal soffitto; cadendo può andare a sbattere contro la scrivania scaraventando lontano tutti gli oggetti che vi erano ben allineati. E il disordine è bell’e fatto. E se il sistema fosse aperto? In un sistema aperto l’ordine può aumentare, ma ciò può avvenire solo se si crea disordine da un’altra parte così che l’entropia totale dell’Universo comunque aumenti. Ad esempio, se entro nella mia stanza e vi metto ordine, l’entropia nella stanza diminuisce. Ma nel fare ciò consumo energia, e tale consumo provoca (o ha provocato qualche tempo prima) disordine nell’Universo; ad esempio, l’energia che consumo è stata introdotta nel mio organismo col cibo per la cui produzione è stato fatto del disordine dove è stato prodotto. In ogni caso tale aumento di entropia è maggiore del calo di entropia nella mia stanza, e quindi l’entropia dell’Universo aumenta sempre.
Bene: quali sono le conseguenze di questo principio della fisica? Almeno tre. La prima è che l’Universo deve aver avuto un inizio nel tempo; se fosse infinito, infatti, l’entropia sarebbe aumentata così tanto da causare il massimo disordine possibile che corrisponde alla morte termica dell’Universo stesso. Siccome viviamo in un mondo caratterizzato da ordine (anche la vita è ordine, come vedremo) significa che l’Universo non ha ancora raggiunto la morte termica e non può dunque esistere da sempre.
La seconda conseguenza è che all’inizio dell’Universo il grado di ordine doveva essere elevatissimo, vista che esso cala continuamente mano a mano che il tempo passa. Ma ciò appare incompatibile con l’idea che il Big Bang abbia determinato una situazione estremamente caotica, come già visto. Come si spiega tale apparente paradosso? Il fatto è che l’Universo è un sistema aperto, e i processi di ordinamento locale (come quelli che portarono alla formazione delle stelle) sono stati più che compensati dall’aumento di disordine (dell’entropia) nelle nuove zone dell’Universo in espansione. Pertanto, l’entropia totale dell’Universo è sempre aumentata fin dalle fasi iniziali perché l’espansione dell’Universo ha creato una maggiore possibilità di disordine che ha compensato la creazione locale di ordine, dovuto alla formazione dei diversi corpi celesti.
Ma è la terza conseguenza quella più intrigante. Noi sappiamo che l’idea di entropia è correlata a quella di informazione. Se in un sistema – ad esempio la nostra stanza – l’entropia diminuisce significa che è stato fatto ordine secondo un determinato criterio, seguendo cioè una certa informazione. L’entropia – possiamo anche dire – è una misura della nostra ignoranza (vale a dire della mancanza di informazione) sullo stato preciso di un sistema (cioè sulla conoscenza di dove sono precisamente gli oggetti nella stanza). Senza dimenticare peraltro che l’ordine appare tale se chi osserva la stanza parla lo stesso linguaggio del padrone della stanza, cioè se chi riceve l’informazione parla lo stesso linguaggio di chi la trasmette: un alieno che non conosce il nostro linguaggio non capisce l’ordine che c’è nella nostra stanza! Ma se ora proviamo a mettere in analogia i sistemi complessi naturali con quelli creati dall’uomo, sorgono spontaneamente alcune domande stuzzicanti: da dove è venuta l’informazione che ha permesso la creazione di ordine nell’Universo in espansione? chi (o che cosa) ha determinato le leggi che danno ordine all’Universo? L’Universo è un sistema complesso costituito da materia (i mattoncini) e informazione (il progetto): chi è il progettista? E perché noi capiamo l’ordine dell’Universo, vale a dire riusciamo a interpretare le leggi della natura (che sono espresse con il linguaggio della matematica)? Significa che parliamo lo stesso linguaggio del progettista?

(da “Manifesto per scettici – ma non troppo – in cerca di Dio”, Lindau, 2015)

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Docente Facoltà di Ingegneria Università di Trento. Editorialista del Corriere del Trentino.

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