Abbiamo imparato qualcosa sulla termodinamica,
che è lo studio del calore
e dell'energia termica.
Ma un campo più generale è quello della meccanica statistica.
La meccanica statistica è una struttura generale
che mostra come proprietà macroscopiche, come il calore
derivano da statistiche
delle azioni, o dalla meccanica
di molti componenti microscopici, come atomi e molecole
Vediamo un esempio nel modello del gas di NetLogo.
Quindi immaginate una stanza piena d'aria, dove le palline
sono diverse molecole d'aria che si muovono a differenti velocità.
Una proprietà macroscopica di questa stanza piena di aria
potrebbe essere la temperatura
o la pressione della stanza, nell'ambito della termodinamica.
Una proprietà microscopica che è meccanica potrebbe
essere la posizione e la velocità delle molecole d'aria
e, se volete, tutte le forze interagiscono
La meccanica statistica unirebbe questi due estremi e ci direbbe
come la statistica delle posizioni e delle velocità delle molecole
deriverebbe dalla temperatura e dalla pressione, eccetera.
Quindi riguarda il modo in cui la statistica di proprietà microscopiche genera proprietà macroscopiche.
Parliamo adesso delle diverse nozioni di entropia in termodinamica e statistica meccanica.
In termodinamica, come già abbiamo detto,
l'entropia misura la quantità di calore perso quando l'energia è trasformata in lavoro
quindi, quando si fanno cose utili.
Questa nozione di entropia fu proposta per la prima volta da Rudilf Clausius,
uno scienziato tedesco che lavorò nell' '800.
L'idea della perdita di calore è un tipo di disordine del sistema.
Il sistema trasforma l'energia di un tipo in un altro tipo.
come da calore in energia meccanica.
E questa è molto ordinata, ma c'è molto disordine nel sistema, che scalda le cose.
Questa teoria di Clausius era specifica per il calore,
Quello che fa la statistica meccanica è generalizzare l'intera idea.
In meccanica statistica, l'entropia misura qualcosa di più astratto.
E' il numero dei possibili microstati che portano ad un macrostato.
Definirò fra poco quei termini.
Ma prima voglio specificare che una nozione più generale
fu sviluppata dal fisico australiano Ludvig Boltzmann,
che lavorò un po' dopo Clausius.
In questa vista il disordine del sistema, cioè l'entropia,
è funzione del numero dei possibili microstati.
Parliamone tra un minuto.
Ma sottolineo che sarà una nozione generale,
che si applica non solo al calore e persino non solo alla fisica,
ma a diversi campi, come vedremo più tardi.
Per il momento deviamo leggermente
per spiegare il significato di micro e macrostato.
Per mostrarvelo userò l'esempio di una slot machine.
e tra un po' vedrete perché.
Questa slot machine ha tre diverse finestre.
Ciascuna contiene cinque frutti differenti.
Quando mettete una moneta e tirate la leva,
la ruota gira e escono i frutti in modo casuale.
Possiamo dire che il microstato della macchina è la specifica configurazione di frutti,
la specifica configurazione di tre frutti in questo ordine.
Il microstato di questa immagine è la tripletta ciliegia-limone-mela.
Un'altra possibilità poteva essere mela-pera-arancia, per un'altra giocata.
Notate, ed è importante, che un microstato è la tripletta di valori,
non un frutto in particolare.
Quindi ciliegia-limone-mela è un microstato, ma 'ciliegia' da sola no.
Il microstato è la descrizione dello stato della slot machine, cioè quali frutti sono mostrati.
Un macrostato è la collezione o l'insieme di microstati.
Un esempio potrebbe essere il macrostato di 'vincita',
che è l'insieme di tutti i microstati che hanno i tre frutti uguali.
Per esempio se avete ciliegia-ciliegia-ciliegia allora vincete.
Quindi la slot machine vi dà soldi indietro.
Un altro esempio è limone-limone-limone.
Fatemi fare alcune domande.
Prima di tutto, quanti microstati appartengono al macrostato di 'vincita'?
E poi, quanti microstati appartengono al macrostato 'perdita'?
Cioè il macrostato che è l'insieme dei microstati che non vincono.
Queste non sono domande del quiz, perché non mi aspetto che tutti sappiano rispondere.
Ma ve lo chiederò comunque, poiché alcuni di voi lo sanno.
Diciamo che è una domanda difficile.
Se non sapete rispondere, andate al prossimo video, dove spiegherò la soluzione.