sabato 28 giugno 2014

"L'Ultima Domanda" di Asimov: una questione di fisica

Quinto imperdibile appuntamento con la rubrica Un pozzo di scienza di Marco Lazzara, il blogger itinerante che dopo i suoi sei guest post sul mio blog, ha trovato un suo spazio fisso in questa rubrica in cui parla dei contenuti scientifici alla base di racconti famosi. Nel primo appuntamento (in cui trovate anche un'introduzione alla rubrica) ci ha parlato della Cadillac di Dolan e delle ricerche fatte da Stephen King per scrivere quel racconto. Il mese successivo  si è concentrato su I servi di Satana di Robert Bloch e sull'importanza dei dettagli. Poi ci ha parlato de Il Professore di Chimica di Henry Slesar dando vita a interessanti discussioni sull'occultamento dei cadaveri. Il mese scorso ci ha parlato di gas letali e malattie con Ubriaco Fradicio di Arthur Porges.

Questo mese torna a parlarci di fisica nei racconti con un nuovo post per il quale lo ringrazio lasciandogli subito la parola!


L'Ultima Domanda

L’Ultima Domanda è un racconto di Isaac Asimov pubblicato per la prima volta nel 1956. La fondamentale ultima domanda del titolo è quella che viene posta dall’umanità a un elaboratore elettronico, a cui viene dato il compito di trovare la risposta, ed è la seguente: è possibile invertire la direzione dell’entropia?


Ma andiamo con ordine: che cos’è l’entropia e perché è così importante?
Il Secondo Principio della Termodinamica stabilisce l’esistenza di una grandezza fisica chiamata entropia, che quantifica il disordine di un sistema. Sembra una cosa abbastanza strana mettersi a calcolare il disordine, eppure, come vedremo tra poco, ciò ha un’importanza fondamentale.
Tanto per cominciare l’entropia permette di distinguere i vari stati di aggregazione della materia: solidi, liquidi, gas, sono situazioni via via sempre più disordinate, quindi a entropia crescente.
In effetti l’entropia misura la reversibilità di un processo. L’espansione di un gas, lo scambio di calore tra due corpi, sono esempi di processi spontanei, ma irreversibili. Un gas che fuoriesce da un contenitore, non vi farà in alcun modo ritorno spontaneamente, il calore si muove dal corpo a più alta temperatura a quello a più bassa, mai il contrario... insomma, non è possibile tornare indietro.
In un sistema termodinamico isolato (ovvero che non scambia né materia né energia con l’esterno) come è l’universo, l’entropia può solo aumentare. A partire dal Big Bang, in cui l’entropia era pari a zero (massimo ordine), con l’espansione dell’universo il disordine non fa che incrementare, dato che l’entropia aumenta all’aumentare del volume. Per cui attraverso questa grandezza possiamo stabilire una freccia del tempo, che indica la direzione e il trascorrere del Tempo all’aumentare dell’entropia.
Un giorno molto molto lontano l’entropia raggiungerà un valore infinito: quando ciò avverrà, in ogni punto dell’universo si avrà la stessa temperatura, per cui non sarà più possibile effettuare alcun lavoro termodinamico, dato che sono necessarie due sorgenti a diversa temperatura. L’universo avrà quindi raggiunto l’equilibrio... un disordine uniforme, potremmo dire, e sarà giunto alla sua morte termica (warmetod). Allo stesso modo anche il Tempo avrà avuto fine.

Ecco allora l’importanza della domanda del titolo: è possibile invertire il secondo principio della termodinamica per evitare che l’universo un giorno finisca? Dopo miliardi e miliardi di anni, durante i quali l’elaboratore si è evoluto sempre di più, esso trova finalmente la risposta, ma ormai non c’è più nessuno a cui farla sapere, perché nel frattempo l’universo è finito e l’umanità con esso.
Allora l’elaboratore decide di usare la risposta che ha trovato e di invertire la direzione dell’entropia. Lo fa con le parole: «Sia la luce». E luce fu...



Ecco un esempio di racconto eccezionale che non avrebbe mai potuto venire alla luce senza buone competenze nel campo della fisica!
E, se anche voi volete scrivere un racconto per il quale sono richieste competenze scientifiche, vi ricordo che avete Marco a disposizione per la rubrica SOS Scienziato (trovate maggiori dettagli nel primo post della rubrica) .

Mille e mille grazie, Marco!



Hanno parlato di questo articolo:

22 commenti:

  1. Che dire... Aspettavo con ansia questo post! Parla di uno dei miei racconti preferiti del mio autore preferito, come poteva non piacermi? :)
    Marco, hai spiegato l'entropia meglio di tutti i professori che ho mai avuto... Se riesci a spiegarmi la fugacità, ti do un premio! XD

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    1. Marco: il professore che tutti gli studenti vorrebbero avere!

      Ora ho come l'impressione che si metterà a spiegarti la fugacità sul serio! Ah!

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  2. Grazie, troppo buone! Ho privilegiato il discorso in forma concettuale, è la trattazione matematica a renderlo indigesto.
    Eli, Eli... ancora alle prese con la termodinamica? Dai, provo a spiegarti la fugacità. ;)
    La fugacità serve per descrivere termodinamicamente un sistema gassoso reale.
    L’equazione di stato dei gas perfetti è un modello: è verificato per basse pressioni e alte temperature, che è come dire: poco gas che si agita molto, cioè una situazione in cui i gas, che già di loro interagiscono poco chimicamente, interagiscono praticamente niente. Una situazione ideale in cui si può non tenere conto della chimica.
    Quando si esce dall’idealità e si passa ai gas reali, il modello non funziona più bene (non rende conto dei dati sperimentali); allora si apportano delle correzioni. Un esempio è l’equazione di Van der Waals. Ma appunto, è solo una correzione: sostanzialmente è una legge empirica, priva di rigore assoluto. Ecco allora perché viene introdotto il concetto di fugacità.
    Possiamo dire che la fugacità (f) è una pressione (P) corretta per tenere conto delle caratteristiche del sistema, attraverso un termine, il coefficiente di fugacità. Questo coefficiente (che dipende da temperatura, pressione e composizione chimica) indica la deviazione dall’idealità, cioè il comportamento del gas reale rispetto a quello ideale. Ovvero: f = Φ∙P.
    A pressione che tende a zero, il coefficiente di fugacità tende a uno: a basse pressioni la fugacità coincide quindi con la pressione (ovvero torniamo al gas ideale).
    Se hai fatto anche termodinamica delle soluzioni, noterai che è lo stesso discorso dell’attività, che è un modo per esprimere la concentrazione tenendo conto delle caratteristiche del sistema attraverso il coefficiente di attività (a = γ∙C).
    Se l'attività è una concentrazione attiva (che agisce effettivamente), il coefficienti dei fugacità è una pressione fugace (che fugge, che esplica effettivamente il suo effetto).
    Spero di essere stato chiarificatore!

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    1. Oh, grazie mille <3 Ho anche capito la differenza tra il coefficiente di fugacità e di attività!
      Non sopporto queste grandezze termodinamiche inventate solo per semplificare i calcoli anche se non hanno un significato fisico...
      Comunque sì, sono ancora alle prese con la termodinamica... L'altro giorno mi sono portata sfortuna da sola! :( :( :( Mi ha messo uno stramaledettissimo ciclo Rankine e un azeotropo (quindi sì, anche termodinamica delle soluzioni)...
      Ma adesso non ti chiedo più spiegazioni: non vorrei intasare il blog di Romina con le nostre chiacchiere scientifiche! :)

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    2. Beh no, non sono state inventate per semplificare i calcoli, ma per tenere conto della complessità della natura... infatti complicano i calcoli, mica li semplificano!
      Non è vero poi che non hanno significato fisico: per esempio gli elettrodi iono-selettivi rispondono all'attività dello ione, non alla concentrazione. L'elettrodo a vetro per il pH (pH-metro) misura l'attività di H+. Infatti la definizione corretta di pH data da Sorensen, non è pH = -Log[H+], bensì pH = -Log a(H+).
      Beh, se non vuoi intasare il blog della povera Romina, puoi sempre contattarmi in altra sede. ;)

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    3. Intendevo semplificare i calcoli nel senso che il contributo di uno o più fattori è contenuto in un coefficiente o in una grandezza che non ha significato fisico (ad esempio il coefficiente di dispersione)
      Ok, buono a sapersi, allora la prossima volta ti romperò le scatole in privato! XD

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    4. Siete talmente "carini e coccolosi" che è un piacere ascoltarvi parlare anche di queste cose!

      @Drama Queen: In bocca al lupo per l'esame.

      @Marco: Potresti tranquillamente metter in piedi un blog per la consulenza agli studenti in crisi!

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    5. Ah, Eli, ho capito: ti riferisci per esempio ai numeri adimensionali che si usano in idrodinamica, come il numero di Reynolds.

      Già Romina, ma come vedi poi non ne esco più! E anch'io ho i miei limiti!

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    6. Ogni bravo insegnante subisce tale destino, non lo sapevi?

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    7. Intanto ho il record del commento più lungo sul tuo blog, no? ;)

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    8. In realtà no, ma non è una sfida, eh!

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  3. @Marco non nominare Reynolds invano! XD sì, comunque mi riferivo a quello :)

    @Romina... "Carini e coccolosi"? Oh mio Dio, devo tirare fuori il mio lato metallaro, prima che sia troppo tardi!! XD

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    1. Il mio istinto da mamma chioccia mi porta a definire "carini e coccolosi" anche soggetti che mai tu definiresti tali! Secondo me, ci sono anche metallari "carini e coccolosi"!

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    2. Per averne una conferma, aspettate di vedere domani. ;)

      P.S. = Povera Eli! Dai, sono certa che la prossima sarà la volta buona per sconfiggere la termodinamica!

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    3. Ne sono certa anch'io! Dai, Drama Queen, facciamo il tifo per te!

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    4. Grazie, spero che questa volta mi porterete fortuna! :)

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    5. Lo speriamo anche noi! Forza, forza, forza!

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  4. Bellissimo racconto e ottima spiegazione, complimenti!
    I calcolatori come nuove divinità, depositarie del sapere umano, speriamo che non diventino come Skynet di Terminator!

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    1. Grazie! Beh, qui no, creano invece di distruggere!

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    2. Chissà che un giorno non creino davvero una macchina capace di rispondere alle domande esistenziali! Per il momento mi godo il viaggio verso le irraggiungibili risposte!

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    3. Allora forse tra qualche ora potrò dormire serena! Grazie! Ahaha!

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