Energia (terza parte).

… Dire che l’umanità consuma energia, è un modo inesatto, perché l’energia non può essere consumata, cioè non può essere distrutta, può solo trasformarsi. Infatti se bruciamo una certa quantità di combustibile (carta, legno, carbone, gas, petrolio), la ritroveremo poi nei prodotti di combustione (nel calore sviluppato, ad esempio) … Il processo di combustione non è un processo reversibile … I vari processi fisici (e le varie trasformazioni dell’energia) possono avvenire in un verso solo … Ad esempio, un veicolo che si muove ad una certa velocità tende a fermarsi spontaneamente e tutte le sue componenti (ruote, cuscinetti, ingranaggi) si riscaldano, testimoniando la trasformazione dell’energia di movimento in energia termica. Ma se proviamo semplicemente a riscaldare un veicolo fermo, esso non si mette in movimento, per cui, l’energia termica non si trasforma spontaneamente in energia di movimento (quindi nessun verso opposto) … Mettendo a contatto un corpo caldo e uno freddo, quello freddo tende a riscaldarsi a spese di quello più caldo. Non è possibile invece che quello freddo si raffreddi ancora di più, cedendo il proprio calore a quello più caldo. Il calore tende dunque a fluire spontaneamente solo in un verso, dai corpi più caldi a quelli più freddi … tali esempi indicano l’esistenza di un verso privilegiato nei fenomeni di trasformazione e di trasferimento dell’energia: l’energia di movimento tende a trasformarsi spontaneamente in energia termica, ma non viceversa … l’energia termica tende a fluire spontaneamente dai corpi caldi a quelli freddi, ma non viceversa (secondo principio della termodinamica).

(Vittorio Silvestrini --- Che cos'è l’entropia ---) 

Energia (seconda parte).

… Ma l’energia può avere altre forme: luce, calore, elettricità, energia chimica contenuta nei combustibili … L’energia si trasforma, si trasferisce o si accumula, ma non può essere creata, né può essere distrutta (principio di conservazione dell’energia) … Quando un sistema fisico subisce una trasformazione, in qualche modo c’entra l’energia. O esso riceve o cede all'ambiente parte dell’energia … Ma se l’energia ricevuta è maggiore di quella ceduta, allora la differenza fra le due è stata accumulata dal sistema (ad esempio, si è riscaldato) … se avviene il contrario, allora la differenza è stata prelevata dal sistema (ad esempio, si è raffreddato) … L’energia, dunque, non si crea e non si distrugge (quando un sistema fisico cambia posizione, forma o dimensioni): essa può trasformarsi, trasferirsi, nascondersi (come quando viene accumulata) … ma essa non va persa mai, né mai si genera dal nulla … Se si fa la somma dell’energia ricevuta (cinetica o termica), cioè in ingresso, e di quella ceduta, cioè in uscita, da un sistema fisico (esempio, un’automobile), si troverà che il totale è uguale all'energia iniziale, che, quindi, non è andata distrutta: essa si è trasformata e trasferita … Affinché una qualunque trasformazione avvenga è necessario che intervenga una certa quantità di energia … 

(Vittorio Silvestrini --- Che cos'è l’entropia ---) 

Energia (prima parte).

Il mondo che ci circonda cambia continuamente … Tutta la natura è percorsa da continui fremiti (esseri animati, piante, acque, aria, vento, piogge, stagioni) … Anche gli oggetti statici e inanimati (un sasso o un grattacielo) cambiano lentamente: vengono corrosi (dalla polvere e dal vento) … tutto invecchia, più o meno lentamente, ma inarrestabilmente … Anche l’universo invecchia, lentamente, ma invecchia … ogni stella invecchia e, quando viene il suo turno, muore … Anche il nostro Sole invecchia. Esso è nato molti miliardi di anni fa e vivrà ancora per molti miliardi di anni. Ma anch'esso inesorabilmente si consuma, ed anche per lui verrà puntuale la morte … Il tempo condanna ogni cosa a invecchiare … e più vecchio significa anche più deteriorato, più malandato. L’azione del tempo tende a peggiorare la qualità delle cose, non a migliorarla: il passare del tempo avvicina ogni cosa alla morte … Ogni cambiamento comporta movimento e movimento significa energia … Se un oggetto si muove, esso possiede energia di movimento (energia cinetica) … che è tanto maggiore quanto più grande è la massa di quell'oggetto, cioè la quantità di materia che costituisce quell'oggetto. A parità di massa, l’energia di movimento aumenta rapidamente all'aumentare della velocità … Se un oggetto è fermo, non ha più energia di movimento. Tuttavia esso ha ora energia di posizione … L’energia di posizione posseduta dall'acqua trattenuta da una diga, si trasforma in energia di movimento quando l’acqua, sfogando verso valle, precipita in una cascata … energia di posizione + quella di movimento sono anche dette, nel loro insieme, energia meccanica …

(Vittorio Silvestrini --- Che cos'è l’entropia ---) 

Vita aliena (seconda parte).

… Ci sono limiti chimici e metabolici alle dimensioni e alla capacità di calcolo del cervello, e forse l’uomo ci è già vicino, mentre non ci sono limiti analoghi per i computer elettronici (e forse ancora meno per quelli quantistici)  … In quale direzione si svilupperanno questi intelletti post-umani è al di là della nostra immaginazione … Se la comparsa dell’intelligenza e della tecnologia su un pianeta è significativamente indietro rispetto a ciò che è avvenuto sulla Terra, allora ovviamente il pianeta non darebbe segni di vita extraterrestre. D'altronde, su altri corpi celesti la vita si potrebbe essere sviluppata prima o più velocemente … Nella ricerca di intelligenze extraterrestri si spera di individuare trasmissioni elettromagnetiche che siano palesemente artificiali, ma persino se ne trovassero, ritengo inverosimile che il segnale possa essere un messaggio decifrabile destinato intenzionalmente a noi. Sarebbe più probabilmente un prodotto accidentale, o addirittura un guasto, di una macchina complessissima ben al di là della nostra comprensione, lontana discendente di esseri alieni organici. Questi esseri potrebbero ancora vivere sul loro pianeta natale, oppure essere estinti da tempo. L’unico tipo di intelligenza i cui messaggi potremmo decodificare sarebbe quel tipo che usasse una tecnologia che fa uso dei nostri concetti … Quindi se anche l’intelligenza fosse ampiamente diffusa nel Cosmo, potremmo riconoscerne solo un sottoinsieme piccolo e atipico.

(Lord Martin Rees --- Perché non abbiamo trovato tracce di vita aliena? … da Scienze 'BBC' – Agosto 2016 ---) 

Vita aliena (prima parte).

Nella nostra Via Lattea (galassia a cui appartiene il sistema solare) ci sono miliardi di corpi celesti che assomigliano alla Terra da giovane. Ma contengono forme di vita? … Altrove la vita potrebbe aver già raggiunto capacità molto superiori alle nostre, e questa supposizione  ha alimentato un rinnovato interesse per la ricerca di prove dell’esistenza degli alieni … Dobbiamo essere privi di preconcetti su dove possa emergere la vita e che forme possa assumere … Le ipotesi più solide che possiamo formulare si basano su quello che è successo sulla Terra … Nella cultura popolare gli alieni sono rappresentati in genere come esseri vagamente umanoidi (essere vivente con forma umana) e per lo più bipedi, per quanto provvisti di tentacoli o di occhi in cima ad antenne. Non è escluso che esistano creature simili, ma direi che in generale non sono il tipo di alieni che dovremmo aspettarci. Penso che un segnale extraterrestre, se lo troveremo, non verrà da una forma di vita biologica ma da cervelli elettronici enormemente complessi e potenti… I recenti progressi dell’informatica e della robotica hanno reso più verosimile che nei prossimi decenni l’intelligenza artificiale possa raggiungere (e superare) le capacità umane in un numero sempre maggiore di attività fisiche e intellettuali … Ormai quasi più nessuno mette in dubbio che gradualmente le macchine ci supereranno in varie abilità tipicamente umane o che ci potenzieranno con la tecnologia cyborg (organismo bionico, essere umano con organi artificiali). Semmai non siamo d’accordo sulla velocità con cui avverranno … 

(Lord Martin Rees --- Perché non abbiamo trovato tracce di vita aliena? … da Scienze 'BBC' – Agosto 2016 ---) 

Informazione, ordine, entropia.

Se definiamo l’informazione (relazione tra due dati, elaborazione di più dati, scambio di conoscenza) in termini di ordine e calcoliamo la quantità di informazione che il nostro pianeta può contenere, scopriamo che il disco fisso Terra è quasi vuoto, malgrado miliardi di anni di vita e migliaia di cultura umana … L’informazione cresce nel tempo, ma fa fatica, per l’ostilità dell’universo nei confronti dell’emergere dell’ordine. Il secondo principio della termodinamica (l’entropia di un sistema isolato, non in equilibrio termico, tende a crescere nel tempo, per cui, per esempio, il calore, che è energia termica, fluisce sempre da un corpo più caldo a uno meno caldo e mai in direzione contraria) impone al nostro universo una tendenza naturale verso la scomparsa dell’ordine e questo movimento dall'ordine verso il disordine è noto come crescita dell’entropia (indica il grado di disordine di un sistema) … Ma se pensiamo a sistemi altamente organizzati (cellula, corpo umano, sistema economico), essi sfidano la crescita dell’entropia fisica che governa l’universo … L’hard disk terrestre è più pieno oggi di quanto non lo fosse ieri o un miliardo di anni fa. In parte, è più pieno a causa della comparsa della vita, infatti la biomassa (la sostanza vivente) contiene una grande quantità di informazione. Ma la crescita dell’ordine sulla Terra deriva anche dalla produzione di informazione culturale … Per contribuire alla crescita dell’informazione occorre creare reti, anche sociali e professionali … Ma l’abilità delle reti umane di creare informazione è strettamente vincolata, limitata  da fattori storici, istituzionali e tecnologici. Le barriere linguistiche, per esempio, frazionano la nostra società globale e restringono la nostra abilità di collegare esseri umani nati in parti distinte del globo. Le forze tecnologiche possono contribuire a ridurre queste barriere. La diffusione del trasporto aereo e delle comunicazioni a distanza ha ridotto il costo di queste interazioni, permettendoci di formare reti altamente globali e in grado di aumentare la nostra capacità di elaborare informazione … Questo esperimento mentale (esperimento concettuale, non realizzabile nella pratica) ci dice che sebbene l’universo sia ostile nei confronti dell’ordine (come già detto, l’entropia tende sempre ad aumentare), l’informazione cresce nel tempo. L’umanità è in parte responsabile della crescita dell’informazione sulla Terra, ma la nostra capacità di creare ordine ha tuttora forti limiti.

(César A. Hidalgo --- Pianeta hard disk ... da Le Scienze- Gennaio 2016 ---) 

Energia alternativa non possibile.

Un giorno, tra qualche miliardo di anni, il Sole si spegnerà, perché il combustibile che ne alimenta la fusione nucleare (fusione di due nuclei atomici leggeri che generano, dalla loro interazione, il nucleo di un elemento più pesante e la formazione di tantissima energia) si esaurirà. A quel punto il cielo diventerà gelido e, se anche la Terra dovesse sopravvivere, l’umanità sprofonderà in un inverno perenne … Allora, per rimanere in vita, i nostri discendenti dovranno trovare un’altra fonte di energia … Dalla fantascienza emerge una soluzione: estrarre energia dai buchi neri (cioè regioni dello spazio-tempo che non possono emettere luce e in cui il campo gravitazionale è talmente forte che nulla, al suo interno, può sfuggire all'esterno, nemmeno la luce). La brutta notizia è che tale strada non può funzionare … I buchi neri sono circondati da un orizzonte degli eventi (la superficie limite oltre la quale nessun evento può influenzare un osservatore esterno), una sfera di non ritorno in cui il campo gravitazionale (di un corpo, è la regione dello spazio in cui si esercita l’attrazione gravitazionale del corpo stesso) diventa infinito. Qualunque cosa penetri in questa sfera è condannata … Quello che entra (palla, bomba, asteroidi, razzi, luce) in un buco nero non ne esce mai più. Tuttavia questo è quello che pensavamo. Ma poi, Stephen Hawking (fisico, matematico britannico … 1942-), nel 1974, dimostrò che i buchi neri liberano piccole quantità di radiazioni (chiamate, appunto radiazioni di Hawking, cioè energia termica emessa dai buchi neri). Se ci cadiamo dentro, moriamo lo stesso e non ne usciremo mai più, ma la nostra energia prima o poi si … Il motivo per cui ciò accade lo si deve alla meccanica quantistica, e precisamente all'effetto tunnel (nella meccanica classica, per la legge di conservazione dell’energia, una particella non potrà mai valicare una barriera se non ha sufficiente energia per farlo), che permette alle particelle di attraversare ostacoli altrimenti insuperabili … Le particelle sfuggono al campo gravitazionale infinito dell’orizzonte degli eventi attraversandolo per effetto tunnel … Dato che i buchi neri irradiano, possiamo sperare di sfruttare la loro energia … Il fatto che tale energia sia immagazzinata al di fuori dell’orizzonte degli eventi ha portato all'ingegnosa proposta di sfruttare il buco nero come miniera. Ci si avvicina, se ne preleva l’atmosfera termica e la si porta via. Basta sospendere un contenitore vicino all'orizzonte degli eventi (ma senza raggiungerlo), riempirlo di gas incandescente e trainarlo via. Una parte del contenuto si sarebbe allontanata in ogni caso, in forma di radiazione di Hawking, ma la maggior parte del gas, se non fossimo intervenuti, sarebbe stata destinata a ricadere dentro … In pratica l’idea fantascientifica sarebbe quella di creare un ascensore spaziale, formato da un contenitore che scorre lungo un cavo sospeso vicino all'orizzonte degli eventi del buco nero, per raccogliere la radiazione … Purtroppo tale congettura è falsa, irrealizzabile … Gli ostacoli sono diversi. Il principale consiste nel trovare un materiale adatto per il cavo, cioè un materiale resistente e leggero. L’acciaio non è robusto abbastanza, nemmeno lontanamente. Oltre il peso di tutto quello che c’è di sotto, ogni segmento di acciaio deve anche sostenere il proprio peso, e quindi il cavo deve essere sempre più spesso via via che si va in alto … Neanche i tanto decantati nanotubi di carbonio potrebbero resistere  nell'intenso campo gravitazionale … Certo possiamo aspettarci che gli scienziati inventino materiali sempre più robusti e sempre più leggeri. Tuttavia il progresso non può andare avanti infinitamente. C’è un limite all'ingegneria, al rapporto tra resistenza alla trazione e peso di un materiale, un limite che è imposto dalle leggi stesse della natura … Più una corda è tesa, più energia serve per aumentarne la lunghezza. In un elastico è presente la tensione perché per allungarlo dobbiamo spendere energia per ridisporre le molecole. Ma in questo caso, le molecole sono facile da ridisporre (cioè energeticamente economiche) perché la tensione è bassa. Quando, invece, la tensione è elevata, risulta molto dispendioso riarrangiarle … Il senso è che non possiamo migliorare indefinitamente i nostri materiali … Come i nostri sforzi di viaggiare sempre più veloci si devono fermare alla velocità della luce, allo stesso modo quelli di costruire materiali più robusti devono fermarsi a E = mc² (formula di Einstein) … Dunque, quando il Sole si spegnerà … sarà un gelido inverno.

(Adam Brown --- Energia dai buchi neri ... da Le Scienze- Aprile 2015 ---)