Dalla fine del XIX secolo, i fisici sanno che il trasferimento di energia da un corpo all'altro è associato all'entropia. Divenne subito chiaro che questa quantità è di fondamentale importanza, e così iniziò la sua trionfante ascesa come quantità teorica utile in fisica, chimica e ingegneria. Però, spesso è molto difficile da misurare. Il professor Dietmar Block e Frank Wieben dell'Università di Kiel (CAU) sono ora riusciti a misurare l'entropia nei plasmi complessi, come hanno riportato di recente sulla rinomata rivista scientifica Lettere di revisione fisica . In un sistema di microparticelle cariche all'interno di questo gas ionizzato, i ricercatori sono stati in grado di misurare simultaneamente tutte le posizioni e le velocità delle particelle. In questo modo, sono stati in grado di determinare l'entropia, come già descritto teoricamente dal fisico Ludwig Boltzmann intorno al 1880.

Sorprendente equilibrio termodinamico nel plasma

"Con i nostri esperimenti, siamo stati in grado di dimostrare che nell'importante sistema modello del plasma complesso, i fondamenti termodinamici sono soddisfatti. Ciò che sorprende è che questo si applica alle microparticelle in un plasma, che è lontano dall'equilibrio termodinamico, " spiega il dottorando Frank Wieben. Nei suoi esperimenti, è in grado di regolare il moto termico delle microparticelle mediante un raggio laser. Utilizzando la videomicroscopia, può osservare il comportamento dinamico delle particelle in tempo reale, e determinare l'entropia dalle informazioni raccolte.

"Poniamo così le basi per futuri studi fondamentali sulla termodinamica in sistemi fortemente accoppiati. Questi sono applicabili anche ad altri sistemi, " afferma il professor Dietmar Block dell'Istituto di fisica sperimentale e applicata della CAU. L'origine di questo successo è in gran parte attribuibile ai risultati e alle tecniche diagnostiche.

Spiegare l'entropia con un esperimento sull'acqua

Un esperimento quotidiano illustra l'entropia:se versi un contenitore di acqua calda in un contenitore di acqua fredda, la miscela è più fredda dell'acqua calda, e più calda dell'acqua fredda. Però, non puoi annullare questo processo, è irreversibile:l'acqua a media temperatura non può essere divisa in un contenitore di acqua calda e un contenitore di acqua fredda.

La ragione dell'irreversibilità di questo processo è l'entropia. La seconda legge della termodinamica afferma che l'entropia in un sistema chiuso non diminuisce mai nel tempo. Perciò, la miscelazione di acqua calda e fredda deve aumentare l'entropia. In alternativa, l'entropia può anche essere associata al grado di disordine o casualità. In termini estremamente semplificati, si potrebbe dire che i sistemi non si trasformano da soli in uno stato più ordinato. Qualcuno deve creare ordine, ma il disordine può sorgere da solo.