Ritorno al futuro e la morte dell’Universo
21/10/2015, questo è il giorno in cui nella trilogia di film cult Marty McFly arriva nel futuro. L’evento, che ha avuto grande rilievo sul web, avrebbe potuto avere però delle gravi conseguenze per il futuro del nostro universo se fosse accaduto veramente, spieghiamo perché. Innanzitutto dobbiamo prima fare una piccola introduzione di termodinamica ovvero quella disciplina che studia le grandezze macroscopiche che caratterizzano i modi di essere dei sistemi termodinamici e le modificazioni che le grandezze stesse subiscono quando intervengono scambi di massa e/o energia del sistema con l’esterno. Per sistema termodinamico si intende una porzione di spazio limitata da un contorno fisso o deformabile in ogni istante geometricamente definito, connessa e al cui interno si trova un elevatissimo numero di particelle. Consideriamo quindi l’Universo come un sistema termodinamico isolato, ovvero un sistema che non scambia né massa né energia con altri sistemi. Esso sarà rappresentabile graficamente sul grafico US che mette in correlazione la sua energia interna (U) con la sua entropia (S). U rappresenta l’energia data dalle particelle che compongono il sistema mentre l’entropia, ovvero il grado di disordine del sistema.
La retta nel grafico delimita gli stati che l’universo può assumere, ovvero quelli sopra di essa. Supponiamo di trovarci nel punto A del grafico. L’universo si evolverà attraverso una trasformazione a energia interna costante secondo il primo principio della termodinamica che afferma che
dove E sarà l’energia totale del sistema formata da energia interna, energia potenziale ed energia cinetica, m le masse entranti o uscenti dal sistema, Q il calore scambiato dal sistema e W il lavoro scambiato da sistema. I simboli indica la derivata, ovvero la variazione della grandezza presa in considerazione rispetto al tempo. Le ipotesi da fare sono che il sistema non abbia variazioni di energia cinetica (energia dovuta al movimento), ed energia potenziale (energia dovuta all’attrazione tra corpi), ovvero che tutta l’energia presente sia quella interna. Essendo inoltre un sistema isolato si avrà che anche gli altri termini saranno pari a zero e rimarrà quindi che la variazione di energia interna nel tempo sarà nulla ovvero U rimarrà costante nel tempo. La trasformazione avverrà quindi sul grafico in modo orizzontale. Il verso della trasformazione ci viene dato dal secondo principio della termodinamica, il quale ci dice che: . Ovvero che la variazione di entropia del sistema considerato è uguale alla sommatoria delle variazioni di entropia causate da scambi di massa, calore (dSq) e irreversibilità (queste ultime causate da attriti e da processi non ideali). Dato che il sistema è chiuso e isolato i primi due termini saranno nulli e rimarrà solo il contributo dovuto alle irreversibilità. La termodinamica ci dice anche che questo contributo, affinché una trasformazione sia possibile, deve essere sempre maggiore o uguale a zero, di conseguenza sarà sempre maggiore o uguale a zero. L’universo inoltre si evolve attraverso processi spontanei e per tali processi Sirr sarà sempre positivo e quindi la trasformazione sul grafico si muoverà verso destra. Ritorniamo ora ai viaggi nel tempo di Marty McFly e Doc. Questi viaggi causeranno delle variazioni di entropia poiché all’arrivo in una nuova zona temporale essi porteranno un contributo entropico causato dall’inserimento di massa nel sistema che però sarà compensato dalle loro uscite dal sistema temporale in cui si trovavano precedentemente. Un altro contributo sarà dato dalle accensioni del motore della DeLorean: dal film vediamo come serva, per avviare la macchina del tempo, bisogna raggiungere le 88 miglia orarie (141 km/h circa). Dato che il motore dell’auto è una macchina che non lavora secondo cicli ideali (così come qualsiasi altra macchina termodinamica) la sua accensione e il conseguente funzionamento produrranno delle irreversibilità che faranno aumentare quindi la variazione di entropia nel tempo, aumentando di fatto la velocità del processo. Questo ci avvicinerà più velocemente alla retta che delimita gli stati raggiungibili dall’universo oltre la quale l’universo cessa teoricamente di poter esistere. Ecco quindi spiegato il perché se tali viaggi fossero veramente accaduti essi avrebbero di fatto diminuito il tempo a disposizione dell’universo.
