Il secondo principio della Termodinamica e il concetto di Entropia per i test Medico Sanitari

Voglio fare iniziare questa dispensa con un quiz, per contestualizzare un po’ meglio:

Scegli l’alternativa corretta:

A)Il secondo principio della termodinamica afferma che in un sistema isolato l’entropia è una funzione non decrescente nel tempo.
B)In un sistema l’entropia è una funzione non decrescente nel tempo.
C)In un sistema isolato l’informazione è una funzione non decrescente nel tempo.
D)Prendendo un sistema isolato l’entropia misura il grado di ordine del suo ambiente.
E)In un sistema l’entropia e l’informazione possono singolarmente variare, ma il grado d’informazione deve sempre essere pari alla derivata prima del grado di disordine.

Il secondo principio della termodinamica affermava l’impossibilità di rendere una certa quantità di calore interamente lavoro: una parte di calore viene sempre dispersa. Di conseguenza le macchine termiche saranno contraddistinte da un certo rendimento, il quale indica la capacità di quella macchina di ottenere lavoro da una certa quantità di calore.

Il secondo principio può essere inoltre espresso come segue: “In un sistema isolato l’entropia è una funzione non decrescente nel tempo”.

Più volgarmente, si usa dire che il grado di disordine di un sistema tende sempre ad aumentare nel tempo. Ma perché accade ciò? Per spiegarlo dobbiamo saper maneggiare i concetti del calcolo combinatorio e della probabilità. Ipotizziamo che un’azienda produttrice di sacchetti di patatine debba inserire, in modo totalmente casuale, 10 premi nei suoi pacchetti, venduti in molteplice copia in tutto il mondo.

Qual è la probabilità che i 10 biglietti siano distribuiti in modo disordinato nei vari continenti del mondo?

Qual è invece la probabilità che i 10 biglietti siano tutti nello stesso continente, e addirittura tutti nello stesso stato?

Senza calcolare i valori, possiamo intuire come sia molto più probabile il primo evento piuttosto che il secondo. In altre parole, il disordine è “più probabile” dell’ordine.

Qualsiasi sistema isolato preso in esame, per le ragioni legate alla probabilità appena viste, tenderà con il passare del tempo ad una condizione di maggior disordine; il che equivale a dire che la sua entropia(=misura dello stato di disordine di un sistema) risulterà in aumento.

Consideriamo ora il concetto di informazione, altrimenti definita “entropia negativa”. L’informazione è infatti un messaggio con un senso, quindi con un ordine. Ne segue che per creare una quota di informazioni bisogna utilizzare energia, finalizzata a forzare il sistema “contro natura” cioè verso l’ordine piuttosto che verso il disordine.

È possibile dunque che in un sistema non isolato si registri un abbassamento di entropia (o aumento di informazione), ma, attenzione, se andiamo a considerare l’ambiente in cui tale sistema è immerso l’entropia risulterà comunque in aumento.

Per verificare se hai capito i seguenti concetti prova a rispondere a questa domanda: se in un sistema l’entropia tende sempre ad aumentare e quindi l’informazione a diminuire, come è possibile il fenomeno dell’evoluzione?

Com’è possibile che gli esseri viventi siano diventati sempre più complessi, testimoniando un aumento di informazione a livello del DNA e dei suoi meccanismi di espressione?

La risposta è semplice: come abbiamo già detto l’entropia cresce sempre in un sistema isolato; può però decrescere in un sistema non isolato (come gli esseri viventi) a patto che l’entropia totale dell’ambiente continui a crescere (nel nostro caso il disordine è assicurato dalle continue radiazioni solari).

Risulta chiaro quindi come la risposta esatta sia A.

Nell’alternativa B manca il termine isolato, fondamentale come ci insegna l’esempio dell’evoluzione. Se l’entropia, misura del grado di disordine di un sistema, tende ad aumentare allora l’informazione tende a diminuire (C errata). Se un sistema è isolato allora è un controsenso parlare dell’ambiente che lo circonda, e a maggior ragione il grado di entropia di un sistema sicuramente non misura qualcosa che è esterno al sistema stesso (D errata).

L’alternativa E è tanto errata quanto fantasiosa, avevo bisogno di un’alternativa altrettanto lunga rispetto alla A per non farla spiccare troppo.

Alla prossima dispensa, se non ti è chiaro qualcosa fammelo sapere commentando qui in basso!

Pro-Med tutta

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