Entropia e Processi Sintropici: Comprendere la Seconda Legge della Termodinamica nei Sistemi Viventi

Consideriamo un qualsiasi sistema chiuso, ogni evoluzione dinamica procede aumentando l'entropia di tale sistema. Questa legge è universalmente conosciuta come seconda legge della termodinamica. Se mettiamo a contatto un bicchiere di acqua calda con un bicchiere di acqua fredda, l'evoluzione naturale, con lo scorrere del tempo, porterà ad un equilibrio termico di acqua tiepida. Un esempio altrettanto significativo possiamo osservarlo gettando una goccia di inchiostro nero in un bicchiere d'acqua cristallina. In questo caso noteremo immediatamente che l'inchiostro tende a disperdersi e colorare tutta l'acqua di un nero indistinto e assai difficilmente vedremo accadere il fenomeno inverso, quello cioè nel quale un'acqua nera indistinta diventa pulita raccogliendo e confinando una goccia di inchiostro nera al centro di sé stessa. Non è che questo processo sia sicuramente impossibile a priori: per le leggi dinamiche della fisica il processo in questione sarebbe assolutamente possibile, semplicemente questo fenomeno non accade mai. Infatti, mentre le leggi della fisica sono teoricamente possibili in entrambi i versi, in realtà la natura sceglie sempre una direzione per le sue reazioni e questa direzione è quella per cui l'entropia è massima, ovvero quella per la quale il sistema -a parità di vincoli esterni- passa da una condizione speciale di non uniformità energetica, e dunque altamente improbabile, ad una condizione comune di uniformità energetica, e dunque più probabile. Se abbiamo un vaso di cristallo, oppure un uovo di gallina, gli atomi di questi sistemi sono in una configurazione molto speciale e quindi a bassa entropia, esattamente come nel caso della goccia di inchiostro nero nell'acqua trasparente. Applicando delle trasformazioni a questi sistemi, ad esempio agitando l'acqua, rotolando l'uovo o il vaso di cristallo, tenderemo a configurazioni con un'entropia sempre maggiore. Per questo motivo l'acqua tende a sporcarsi, i vasi a frantumarsi e le uova di gallina a rompersi. Tuttavia, i fenomeni entropici in realtà costituiscono solo una parte dei fenomeni presenti nella nostra vita quotidiana. Infatti, quello che notiamo è che le uova di gallina tendono a rompersi e frantumarsi ovunque tranne che nel ventre delle galline. Nel ventre delle galline, infatti, le particelle costituenti l'uovo non tendono a disgregarsi bensì ad aggregarsi, e gli atomi dell'uovo non si dirigono verso uno stato disordinato, energeticamente uniforme e a maggiore entropia, bensì tendono verso uno stato più caratteristico, ordinato a minore entropia. Con questo non vogliamo dire che la gallina viola la seconda legge della termodinamica. Infatti, la gallina non è un sistema chiuso, ma un sistema aperto: la gallina mangia ed accumula energia ed elementi che usa attivamente nella fabbricazione dell'uovo. Se analizziamo la gallina nel suo insieme essa consuma più di quello che produce e disperde energia sotto forma di calore. Nondimeno localmente, dal punto di vista dell'uovo, l'entropia non solo non aumenta, ma diminuisce. Alternativamente ad un'insieme di fenomeni naturali entropici, esiste un'altra classe di fenomeni naturali che possiamo chiamare sintropici, usando la terminologia del matematico Luigi Fantappiè, oppure a entropia negativa se vogliamo usare la terminologia di Erwin Schrödinger. La distinzione fra processi sintropici e processi entropici è considerata tuttora un correlato fondamentale per distinguere processi organici e processi meccanici. Mentre un meccanismo o un essere inanimato tende alla disgregazione e segue passivamente una dispersione entropica dell'energia; un organismo che invece tende a una aggregazione, all'assimilazione di principii nutritivi e al coordinamento di questi, localmente agisce in senso contrario alla distribuzione entropica dell'energia. Sistemi con queste caratteristiche e permanentemente lontani dall'equilibrio termico sono largamente studiati dalla fisica contemporanea come uno degli approcci più promettenti allo studio della vita. Un caso evidente di processo sintropico può essere quello della gravidanza, in cui le sostanze nutritive che circolano nel sangue materno vanno a formare in modo preciso la struttura del bambino nascituro, formandone specificamente gli organi, i sensi, tutte le terminazioni nervose secondo dei processi che contrastano dichiaratamente con l'uniformità entropica dell'energia e che, invece, manifestano un'aggregazione coerente secondo un modello e una finalità ben precisa. Questo è un elemento di riflessione importante: dato lo stato attuale della Natura, se un oggetto si trova a uno stato entropico molto basso è a causa di una serie di trasformazioni contrarie al processo naturale, che potremmo chiamare di gestazione, avvenute per realizzare un preciso fine. Gli atomi che formano un vaso di cristallo, un uovo di gallina, oppure il nervo ottico di un bambino sono tutti in una configurazione a bassa entropia e, in…