Ludwig Boltzmann

La sua grande idea

Spiegare il disordine contando le possibilità

La sua storia

Ludwig Boltzmann era un fisico che lavorava a Vienna, nell'Ottocento. Tutti sapevano che una tazza calda si raffredda e non si riscalda mai da sola. Ma perché? Boltzmann immaginò un gas come moltissime particelle piccolissime che si urtano a caso. Poi si mise a contare: i modi in cui possono stare mescolate sono tantissimi, quelli in cui stanno in ordine sono pochissimi. Per questo il calore della tazza si sparge nell'aria intorno: finire mescolati è di gran lunga la cosa più probabile. Ecco la sua crepa: il calore non torna indietro, ma non perché sia impossibile. È solo enormemente improbabile. Per la prima volta una legge della natura non diceva «mai», ma «quasi mai». C'era però un problema: quelle particelle, gli atomi, nessuno le aveva mai viste. Per anni molti gli dissero che se le stava inventando. Nel 1908 le misure di un altro scienziato, Jean Perrin, mostrarono che gli atomi esistono davvero.

Una domanda per te

Se una cosa non è mai successa, possiamo dire che è impossibile?

La frase

«Il calore non torna dal freddo al caldo, ma non perché sia impossibile: è soltanto enormemente improbabile.»

In parole semplici: Il disordine vince perché ha molti più modi di succedere.

Pensa al tuo zaino: per essere in ordine ogni cosa deve stare al suo posto, mentre per essere in disordine va bene quasi tutto. Per questo si mette in disordine da solo e non si rimette mai in ordine da solo. Boltzmann ha capito che anche il calore e le particelle funzionano così: le cose che succedono quasi sempre non sono per forza le uniche possibili.

Esperimento mentale: Il barattolo che non si rimette in ordine

Ti serve: un barattolo di plastica trasparente con il coperchio, 20 fagioli bianchi e 20 fagioli neri, 4 monete, un foglio e una matita, un compagno

1. Metti in ordine: versa nel barattolo prima i fagioli bianchi, poi sopra quelli neri. Chiudi bene il coperchio.
2. Scuoti: dai dieci scosse forti e guarda che cosa è successo ai due strati.
3. Prova a tornare indietro: scuoti ancora, una scossa alla volta. Il compagno conta e segna sul foglio se i bianchi tornano tutti sotto e i neri tutti sopra.
4. Conta le possibilità: con 4 monete, scrivete tutti i modi in cui possono uscire 4 teste (uno solo) e tutti i modi in cui possono uscire 2 teste e 2 croci (sono sei).
5. Discutete: è impossibile che il barattolo torni in ordine da solo, o è soltanto molto improbabile? Come potreste esserne sicuri?

Che cosa hai scoperto? Con le mani hai visto quello che Boltzmann vide con i conti. Il barattolo ordinato si mescola subito, ma non torna in ordine da solo. Non perché sia vietato: i modi di stare mescolati sono moltissimi, quelli di stare in ordine pochissimi. Con quattro monete era uno contro sei; con miliardi di particelle la differenza diventa enorme. Per questo il calore va dal caldo al freddo, e quasi mai al contrario.

Lo sapevi?

Sulla sua tomba, a Vienna, non c'è solo il nome. C'è incisa anche la sua formula, quella che lega il disordine al numero di modi in cui le particelle si possono disporre.

Perché conta ancora oggi

Quando una goccia di inchiostro si allarga nel bicchiere dei pennelli e non torna più goccia, succede una cosa che Ludwig Boltzmann provò a spiegare. La sua grande idea fu contare: i modi di essere mescolati sono tantissimi, quelli di restare in ordine pochissimi, e così le cose finiscono quasi sempre mescolate. Quasi sempre, non sempre: per la prima volta una legge della natura diceva «quasi mai» invece di «mai». Per spiegarlo usava gli atomi, che allora nessuno aveva mai visto, e molti scienziati non gli credevano. Oggi i suoi calcoli servono nei laboratori, per misurare la temperatura e persino per insegnare qualcosa ai computer. Resta una crepa che nemmeno lui riuscì a chiudere: perché, all'inizio di tutto, l'universo era così in ordine?

I valori della sua carta

Curiosità: 86

Volle sapere perché una tazza calda si raffredda e non si riscalda mai da sola.

Logica: 90

Si mise a contare i modi in cui le particelle possono stare e capì che il disordine è molto più probabile dell'ordine.

Fantasia: 88

Immaginò un gas come moltissime particelle piccolissime che si urtano, anche se nessuno le aveva mai viste.

Coraggio: 88

Per vent'anni molti gli dissero che si stava inventando gli atomi, e lui continuò a difenderli.

Dialogo: 50

La scheda racconta che per vent'anni non riuscì a convincere molti altri scienziati.

Per i più grandi e per gli adulti

Ludwig Boltzmann è raccontato nel volume 6 di La Crepa, La scienza e il linguaggio, capitolo 2: «Il residuo».

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