WEBVTT

00:00:06.665 --> 00:00:10.453
Esiste un concetto fondamentale
in chimica e fisica,

00:00:10.453 --> 00:00:15.293
che spiega perché i processi fisici 
vanno in un senso e non nell'altro:

00:00:15.293 --> 00:00:16.849
perché il ghiaccio si scioglie,

00:00:16.849 --> 00:00:19.279
perché la panna si mescola al caffé,

00:00:19.279 --> 00:00:22.529
perché l'aria esce da una gomma bucata.

00:00:22.529 --> 00:00:27.039
È l'entropia, 
non è facile capirla a fondo.

00:00:27.039 --> 00:00:31.879
L'entropia è spesso descritta
come una misura del disordine.

00:00:31.879 --> 00:00:35.739
È una descrizione utile,
ma purtroppo ingannevole.

00:00:35.739 --> 00:00:38.511
Per esempio, cos'è più disordinato:

00:00:38.511 --> 00:00:43.469
un bicchiere di cubetti di ghiaccio,
o uno di acqua a temperatura ambiente?

00:00:43.469 --> 00:00:45.373
Molti direbbero il ghiaccio,

00:00:45.373 --> 00:00:49.069
ma in realtà è quello 
con l'entropia più bassa.

00:00:49.069 --> 00:00:52.898
C'è però un altro modo di vedere
l'entropia, attraverso la probabilità.

00:00:52.898 --> 00:00:57.290
È un po' più astruso da capire,
ma una volta che ce l'avrete fatta

00:00:57.290 --> 00:01:01.260
avrete una comprensione più chiara
dell'entropia.

00:01:01.260 --> 00:01:03.661
Consideriamo due piccoli solidi,

00:01:03.661 --> 00:01:07.541
ognuno composto da sei legami atomici.

00:01:07.541 --> 00:01:12.781
In questo modello, l'energia di un solido
è custodita nei legami.

00:01:12.781 --> 00:01:15.292
Questi li possiamo vedere 
come dei contenitori

00:01:15.292 --> 00:01:20.070
con dentro invisibili unità di energia,
i cosiddetti "quanti".

00:01:20.070 --> 00:01:24.601
Più energia ha un solido,
più è caldo.

00:01:24.601 --> 00:01:29.042
Vediamo che ci sono molti modi
in cui l'energia può essere distribuita

00:01:29.042 --> 00:01:30.552
nei due solidi,

00:01:30.552 --> 00:01:34.592
mantenendo la stessa energia totale
in ognuno.

00:01:34.592 --> 00:01:38.502
Ognuna di queste possibilità
è chiamata microstato.

00:01:38.502 --> 00:01:43.341
Se vogliamo sei quanti di energia
nel solido A e due nel solido B

00:01:43.341 --> 00:01:47.832
ci sono 9702 microstati possibili.

00:01:47.832 --> 00:01:52.861
Ovviamente, ci sono altri modi
per distribuire otto quanti di energia.

00:01:52.861 --> 00:01:57.833
Per esempio, tutti i quanti 
potrebbero essere in A e nessuno in B,

00:01:57.833 --> 00:02:00.872
oppure metà in A e metà in B.

00:02:00.872 --> 00:02:04.154
Se assumiamo che le probabilità di avere
ogni microstato siano uguali,

00:02:04.154 --> 00:02:06.794
vediamo che alcune configurazioni
di energia

00:02:06.794 --> 00:02:10.543
hanno più probabilità di capitare
delle altre.

00:02:10.543 --> 00:02:14.184
Questo succede perché
hanno un numero maggiore di microstati.

00:02:14.184 --> 00:02:20.143
L'entropia è una misura diretta di ogni
probabilità di configurazione di energia.

00:02:20.143 --> 00:02:23.193
Quello che vediamo è che 
la configurazione

00:02:23.193 --> 00:02:26.843
in cui l'energia è più dispersa
tra i due solidi

00:02:26.843 --> 00:02:28.924
ha l'entropia più alta.

00:02:28.924 --> 00:02:30.474
Quindi, in generale,

00:02:30.474 --> 00:02:34.853
l'entropia può essere pensata come
una misura della dispersione di energia

00:02:34.853 --> 00:02:37.893
Un'entropia bassa vuol dire
che l'energia è concentrata.

00:02:37.893 --> 00:02:41.623
Un'entropia elevata, 
che è ben distribuita.

00:02:41.623 --> 00:02:45.765
Per capire come mai l'entropia
è utile a spiegare processi spontanei,

00:02:45.765 --> 00:02:48.075
come oggetti caldi che si raffreddano,

00:02:48.075 --> 00:02:52.434
dobbiamo guardare il sistema dinamico
in cui l'energia si muove.

00:02:52.434 --> 00:02:54.935
In realtà, l'energia 
non rimane in un punto

00:02:54.935 --> 00:02:58.065
ma continua a muoversi 
tra legami adiacenti.

00:02:58.065 --> 00:03:00.206
Dato che l'energia si muove,

00:03:00.206 --> 00:03:02.955
la configurazione energetica può cambiare.

00:03:02.955 --> 00:03:05.085
Per via della distribuzione dei microstati

00:03:05.085 --> 00:03:09.836
c'è un 21% di probabilità che il sistema
andrà in una configurazione

00:03:09.836 --> 00:03:13.595
in cui l'energia è 
massimamente distribuita,

00:03:13.595 --> 00:03:17.357
un 13% che tornerà al punto iniziale

00:03:17.357 --> 00:03:22.857
e un 8% che A guadagnerà energia.

00:03:22.857 --> 00:03:26.935
Di nuovo, dato che ci sono più modi
per avere dispersione di energia

00:03:26.935 --> 00:03:30.026
ed entropia elevata, 
e meno per avere energia concentrata,

00:03:30.026 --> 00:03:32.558
l'energia tende a disperdersi.

00:03:32.558 --> 00:03:35.509
Per questo, se mettiamo un oggetto caldo
accanto a uno freddo

00:03:35.509 --> 00:03:40.420
quello freddo si riscalda
e quello caldo si raffredda.

00:03:40.420 --> 00:03:41.867
Però, nel nostro esempio,

00:03:41.867 --> 00:03:47.116
c'è comunque un 8% di probabilità
che l'oggetto caldo si riscaldi.

00:03:47.116 --> 00:03:51.427
Perché nella vita reale non succede mai?

00:03:51.427 --> 00:03:54.177
Dipende tutto dalle dimensioni del sistema

00:03:54.177 --> 00:03:58.057
I nostri solidi avevano solo
sei legami a testa.

00:03:58.057 --> 00:04:03.938
Ingrandiamoli fino ad arrivare 
a 6000 legami e 8000 unità di energia

00:04:03.938 --> 00:04:07.527
e partiamo di nuovo 
con tre quarti dell'energia in A

00:04:07.527 --> 00:04:10.127
e un quarto in B.

00:04:10.127 --> 00:04:14.337
Adesso, la probabilità che A
acquisisca spontaneamente più energia

00:04:14.337 --> 00:04:17.247
è questo numero piccolissimo.

00:04:17.247 --> 00:04:22.308
Gli oggetti quotidiani hanno 
un numero di particelle ancora maggiore.

00:04:22.308 --> 00:04:25.920
La probabilità che, nel mondo reale,
un oggetto caldo diventi più caldo

00:04:25.920 --> 00:04:28.011
è così infinitamente piccola

00:04:28.011 --> 00:04:30.409
che non succede mai.

00:04:30.409 --> 00:04:31.528
Il ghiaccio si scioglie,

00:04:31.528 --> 00:04:32.918
la panna si mescola,

00:04:32.918 --> 00:04:34.676
le gomme si sgonfiano,

00:04:34.676 --> 00:04:39.942
perché questi stati hanno
più energia dispersa che gli originali.

00:04:39.942 --> 00:04:43.630
Non c'è nessuna forza misteriosa
che aumenta l'entropia del sistema.

00:04:43.630 --> 00:04:48.928
Un'entropia più elevata
è statisticamente più probabile.

00:04:48.928 --> 00:04:52.480
Per questo l'entropia è stata 
soprannominata la "freccia del tempo".

00:04:52.480 --> 00:04:56.739
Se l'energia può disperdersi, lo farà.