sabato 6 luglio 2024

Ordine e disordine, l'eterno ciclo

 

L’idea che dal caos possa emergere un ordine si applica in molti contesti scientifici e naturali. Per esempio, la teoria del caos studia sistemi dinamici complessi, come il clima, il battito cardiaco o la turbolenza.
Questi sistemi possono sembrare caotici, ma spesso mostrano attrattori che guidano il loro comportamento. Gli attrattori sono configurazioni stabili o cicli che emergono dal caos.
Ad esempio, l’attrattore di Lorenz descrive il comportamento di un sistema meteorologico. Da un’apparente casualità, emergono traiettorie ordinate nel tempo.
In fisica, le transizioni di fase rappresentano il passaggio da uno stato all’altro (ad esempio, da solido a liquido o da liquido a gas).
Queste transizioni seguono leggi precise, anche se il sistema sembra caotico durante il processo.
L’ordine emerge quando le particelle si organizzano in una struttura stabile, come un cristallo o un fluido ordinato.
L’evoluzione biologica è un altro esempio di come l’ordine possa emergere dal caos.
Le mutazioni casuali nei geni creano variazioni casuali nelle popolazioni. Tuttavia, la selezione naturale favorisce alcune varianti, portando all’adattamento e all’ordine biologico.
In sintesi, l’ordine può emergere da condizioni apparentemente caotiche attraverso leggi, strutture nascoste e processi naturali.

In fisica, i termini ordine e disordine designano la presenza o l’assenza di simmetria o correlazione in un sistema a molte particelle. Nella fisica della materia condensata, i sistemi sono tipicamente ordinati a basse temperature; con il riscaldamento, essi subiscono una o più transizioni di fase in stati meno ordinati.
Un esempio è la fusione del ghiaccio: Questa è una transizione solido-liquido, in cui si verifica la perdita dell’ordine cristallino.
Un altro esempio è la smagnetizzazione del ferro: Quando il ferro viene riscaldato oltre la temperatura di Curie, avviene una transizione ferromagnetica-paramagnetica, con conseguente perdita dell’ordine magnetico.
L’ordine può consistere in una simmetria di gruppo spaziale cristallino completo o in una correlazione. A seconda di come la funzione di correlazione decade con la distanza, si parla di ordine a lungo raggio o ordine a corto raggio. Se uno stato disordinato non è in equilibrio termodinamico, si definisce “disordine quenched”. Al contrario, il “disordine annealed” si riferisce a variabili casuali che possono evolvere autonomamente.
In sintesi, il concetto di ordine e disordine in fisica è cruciale per comprendere le proprietà dei materiali e le transizioni di fase.

La legge che stabilisce il passaggio dall disordine all'ordine è nota come "entropia". Questo concetto deriva dalla seconda legge della termodinamica, che afferma che l'entropia di un sistema isolato aumenta nel tempo e tende a raggiungere un massimo, portando a una maggiore disorganizzazione o disordine. In altre parole, i sistemi tendono naturalmente verso lo stato di maggiore disordine o caos senza l'intervento di un'energia esterna per organizzare o ristabilire l'ordine.

L'entropia è una misura dell'energia o del caos di un sistema. In fisica e termodinamica,l'entropia è una quantità che descrive il livello di disordine o di casualità presente in un sistema. Più è alta l'entropia di un sistema, maggiore è il disordine o la casualità presente al suo interno. L'entropia aumenta nel tempo in un sistema isolato, secondo la seconda legge della termodinamica, che descrive il fatto che l'energia di un sistema tende a distribuirsi in modo sempre più disordinato.

L'entropia è un concetto fondamentale in fisica, in particolare nella termodinamica. Essa rappresenta una misura del disordine di un sistema. In parole semplici, più un sistema è disordinato, maggiore è la sua entropia.

Immaginiamo una stanza con i libri sparsi sul pavimento: è un sistema disordinato. Se invece li mettiamo tutti sugli scaffali, la stanza diventa ordinata e l'entropia del sistema diminuisce.

L'entropia è strettamente legata al secondo principio della termodinamica, che afferma che l'entropia totale di un sistema isolato tende ad aumentare nel tempo. In altre parole, i sistemi tendono naturalmente a diventare più disordinati. Esempi di entropia sono:

 

  • Ghiaccio che si scioglie: Quando il ghiaccio si scioglie, le sue molecole passano da uno stato ordinato (solido) a uno stato disordinato (liquido). L'entropia del sistema aumenta.
  • Un caffè che si raffredda: Quando un caffè caldo si raffredda, l'energia termica si disperde nell'ambiente. Questo processo aumenta l'entropia totale del sistema (caffè + ambiente).
  • Un motore che funziona: Un motore converte l'energia chimica del carburante in energia meccanica. Tuttavia, una parte dell'energia viene sempre persa sotto forma di calore. Questo processo aumenta l'entropia del sistema.

L'entropia è un concetto importante non solo in fisica, ma anche in altri campi come la chimica, l'informatica, la biologia, l'ecologia r la teoria dell’informazione.
Dopo il Big Bang, l’Universo era inizialmente caotico e denso. Con l’espansione, la materia si è raffreddata e ha formato spontaneamente strutture come stelle, galassie e pianeti.
Nella biologia, le mutazioni casuali nel DNA portano a variazioni genetiche. La selezione naturale favorisce alcune varianti, creando ordine biologico.

Il concetto di caos e ordine ha affascinato l’umanità per secoli, e diverse culture hanno elaborato miti e teorie per spiegare questa transizione. Per esempio:

Secondo gli antichi greci, il mondo inizialmente era un caos disordinato. Un dio intervenne e separò la terra dal cielo, l’acqua dalla terra e l’aria dal cielo. Questo processo creò l’ordine (Kosmos) a partire dal caos.
Platone considerava il caos come la materia primordiale, da cui il Demiurgo (una divinità creatrice) trasse gli elementi per formare il cosmo ordinato (Cosmo).
Nella fisica e nella matematica, il caos e l’ordine coesistono. Ad esempio, il concetto di attrattori caotici descrive sistemi dinamici che sembrano disordinati ma seguono leggi precise. Gli attrattori caotici sono un concetto importante in teoria dei sistemi dinamici, in particolare nel contesto della teoria del caos. Un attrattore caotico è un tipo di attrattore dinamico che presenta comportamenti imprevedibili e altamente sensibili alle condizioni iniziali. In altri termini, anche piccole variazioni nelle condizioni iniziali possono portare a risultati molto diversi nel lungo termine.

Questi sistemi caotici sono spesso descritti attraverso modelli matematici complessi e possono apparire disordinati e apparentemente casuali. Tuttavia, essi possono ancora seguire leggi matematiche ben definite.

Gli attrattori caotici sono oggetto di studio in diverse discipline scientifiche, inclusa la fisica, la biologia, l'economia e molte altre. Il fenomeno del caos e degli attrattori caotici ha profonde implicazioni teoriche e pratiche, influenzando il nostro modo di comprendere e interpretare i sistemi complessi che ci circondano. L’ordine emerge da questa complessità.
In breve, il passaggio dal caos all’ordine coinvolge processi creativi, separazione e organizzazione, sia nel mito che nella scienza.

Come si vede, anche l’ordine e il disordine fanno parte di una diade, cioè due poli opposti complementari. E non è un caso che dal caos derivi un qualche ordine. È nelle leggi di natura.

Non c’è bisogno di ipotizzare alcun Dio creatore. L’universo si autoregola ed evolve autonomamente. Ma è tutto connesso, tanto che un battito di ali o il ruotare di un’elica può incidere significativamente.

 

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