ManaDinamica – Magia ed Entropia

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La magia può sembrare una cosa meravigliosa: si tratta di uno strumento in grado di fare, in prima approssimazione, qualunque cosa.
Abbiamo tuttavia già visto nel precedente articolo che la faccenda non è così semplice: infatti, per ottenere un qualunque effetto magico che sia fisicamente coerente, abbiamo bisogno di spendere energia. E abbiamo bisogno di ottenere questa energia da qualche parte.

Ma il problema non si ferma qui: ogni volta che l’energia viene trasformata da una forma all’altra, una porzione di essa sempre maggiore viene dispersa, diventando inutilizzabile per il suo scopo originario
Oggi parliamo del secondo principio della termodinamica… applicato alla magia!

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Calore e movimento

Se mettiamo a contatto tra loro due oggetti a diverse temperature, il più caldo comincerà a raffreddarsi e il più freddo a scaldarsi finché non raggiungeranno la stessa temperatura.
Questo fenomeno, detto “principio zero della termodinamica”, è evidente se mettiamo un cubetto di ghiaccio nell’acqua d’estate: il cubetto si scalda, sciogliendosi, ma nel farlo raffredda l’acqua.
Quello che è accaduto è che una certa quantità di energia, detta calore, ha abbandonato il corpo caldo, raffreddandolo, per introdursi in quello più freddo e riscaldarlo.
Questo passaggio di energia può essere “imbrigliato” per ottenere movimento: le macchine in grado di compiere queste trasformazioni sono dette Motori Termici, tra cui il motore a scoppio, il motore stirling e l’immancabile motore a vapore.

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Un modellino di motore stirling. Una lieve differenza di temperatura tra il sopra e il sotto della base è sufficiente per far girare la ruota.

Un motore termico ha infatti bisogno di due “ambienti”, uno più caldo dell’altro, e la sua capacità di funzionamento dipende proprio da tale differenza di temperatura.
Quando, nel mondo reale, gli scienziati, ingegneri e inventori del ‘700 e ‘800 cominciarono a studiare il rapporto tra il calore fornito a una macchina a vapore e l’energia meccanica (cioè legata allo spostamento della vaporiera) che essa era in grado di rilasciare, si accorsero che una porzione di tale energia veniva perduta.
Infatti, parte di quel calore andava comunque a riscaldare l’ambiente esterno, più freddo ovviamente della caldaia: questo  implica che, se da una parte l’aria esterna circola ed è in grado di rinnovarsi, la caldaia va via via raffreddandosi e richiede sempre nuovo combustibile.

Per quanto si possano migliorare numerose parti di un motore, per esempio riducendo gli attriti (che dissipano ulteriore preziosa energia), una porzione di dispersioni energetiche dovute a questo scambio di calore sarà sempre, inesorabilmente presente.
Tale evidenza portò a una delle formulazioni del  “Secondo Principio della Termodinamica”, quella di Lord Kelvin: “È impossibile realizzare una trasformazione ciclica il cui unico risultato sia la trasformazione in lavoro di tutto il calore assorbito da una sorgente omogenea” 
Fu questa triste scoperta, l’inevitabile dispersione dell’energia, che portò gli scienziati del tempo alla definizione di una nuova grandezza fisica: l’Entropia.

Energie inutilizzabili

L’Entropia viene spesso definita come lo “stato di disordine di un sistema”, ma si tratta di una definizione che può confondere: infatti non si tratta banalmente di sistemi nei quali gli elementi siano “riposti ordinatamente”.
Due oggetti a temperature diverse e a contatto tra loro, infatti, sono ugualmente “ordinati” prima o dopo aver scambiato calore tra loro.
Quello che invece sappiamo grazie ai motori termici è che se due oggetti hanno temperature diverse è possibile usarli per generare energia meccanica, mentre questo è impossibile se hanno la stessa temperatura.
In questo secondo caso, infatti, la loro energia è stata “distribuita” tra di essi, mentre inizialmente essa era “disponibile” per generare lavoro.

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Se immaginiamo le unità di energia termica come palline, esse possono essere utilizzate per produrre movimento solo finché sono separate

Badate bene che, dopo lo scambio di calore, tale energia non è stata “perduta” nel nulla: l’energia totale è conservata e così il primo principio della termodinamica, solo essa non è più “sfruttabile” alla stessa maniera.
La sua “qualità” è diminuita.
L’Entropia è, di fatto, la misura di questa “riduzione di qualità” dell’energia di un sistema.

Un’evidenza nata sia dall’osservazione naturale che dagli studi di Carnot è che l’entropia è sempre in continua, inesorabile crescita, e quindi la “qualità” dell’energia è in perenne calo.
Ciò ha portato a un’ulteriore formulazione del secondo principio della termodinamica: “in un sistema isolato l’entropia non può mai diminuire”.
Tutti i fenomeni spontanei, infatti, aumentano (o quantomeno mantengono inalterata) l’entropia del sistema: il calore fluisce da un corpo caldo a uno freddo, anche quando si cerca di imbrigliarlo con un motore, riducendo inevitabilmente l’efficacia del processo (come abbiamo già visto).

Tutti i fenomeni naturali che portano alla dispersione dell’energia sono prima o poi inevitabili: il ghiaccio fonde, gli oggetti cadono, il ferro si ossida, le pile si scaricano, le stelle si spengono e gli esseri viventi, alla fine, periscono.
Questo non significa che sia impossibile ottenere effetti opposti a quelli spontanei: abbiamo ad esempio inventato frigoriferi e condizionatori per abbassare la temperatura.
Tuttavia, tali macchinari si “limitano” a spostare il calore, ad esempio, del cibo congelato nell’ambiente fuori dal frigo, e consumano energia per farlo: parte di questa energia poi, ovviamente, non sarà utilizzabile per raffreddare gli alimenti ma verrà dispersa.

Se noi cercassimo di utilizzare la differenza di temperatura tra frigo e stanza per alimentare un motore termico, otterremmo ancora meno energia di quella necessaria per mantenere il cibo congelato.
L’energia necessaria per raffreddare un oggetto è insomma superiore a quella che si otterrebbe utilizzandolo come ambiente freddo per un motore termico: questo perché parte di quell’energia è stata dispersa proprio a causa dell’entropia.
Come per un cambio di valuta, scambiare euro per dollari avrà un costo: riscambiando indietro dollari con euro, un ulteriore costo, ci troveremmo in mano meno soldi di quelli iniziali.

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Ogni trasformazione d’energia riduce quella disponibile per nella nuova forma, disperdendone inevitabilmente altra a causa dell’entropia

Inoltre, andando ad effettuare il calcolo, vedremmo che, dove l’entropia dell’interno del frigorifero è diminuita, quella del suo esterno è aumentata di una quantità superiore: l’entropia totale infatti aumenta sempre.
A seguito di un’azione su un sistema che ne riduca l’entropia ci sarà sempre un sistema più grande che lo circondi la cui entropia totale è aumentata (o al limite è rimasta identica): si dice in gergo che “l’entropia dell’universo” non può mai diminuire.

Come per i frigoriferi, anche i meccanismi degli esseri viventi riescono a mantenere sotto controllo l’entropia, a scapito tuttavia delle sostanze che espellono: gli scarti del corpo umano, se anche non fossero per esso dannosi, sarebbero comunque meno nutrienti dell’equivalente cibo necessario per crearli.
Se fossimo in grado di assimilare gli elementi nutritivi del terreno e produrre autonomamente determinate molecole biologiche necessarie per il nostro organismo, come alcune proteine, troveremmo svantaggioso nutrirci di piante e animali poiché il loro “passaggio” ha rubato energia.

Ogni trasformazione di energia ha, infatti, un determinato “rendimento”, cioè une percentuale dell’energia investita che è effettivamente utilizzabile dopo una trasformazione: il rendimento è sempre inferiore al 100% e tale perdita, dovuta all’entropia, va accumulandosi ad ogni passaggio.
Se, per esempio, della benzina viene bruciata per spingere un’automobile, tale processo è più efficiente (si ha cioè a disposizione più energia effettiva) che se tale motore fosse usato per produrre energia elettrica ed essa, a sua volta, utilizzata per alimentare un motore elettrico di un’automobile: motivo per cui le auto elettriche sono efficienti e meno inquinanti solo se ci sono scelte oculate nella produzione dell’energia elettrica.
A loro volta, i combustibili fossili come il petrolio, “fonti” di energia, non sono che l’effetto della degradazione di energie ben superiori accumulate milioni di anni fa durante la crescita, ad esempio, delle piante ormai fossilizzate e dell’azione dei batteri su di esse: l’energia spesa, insomma, per creare un albero e trasformarlo in carbone fossile è superiore a quella ottenuta bruciando quello stesso combustibile.

Per riassumere il concetto, l’entropia è la misura della degradazione dell’energia di un sistema: essa aumenta inesorabilmente a ogni trasformazione d’energia, rendendola sempre più inutilizzabile e portando spontaneamente a fenomeni come la dispersione del calore, dell’energia e la devastazione del tempo.

Gli effetti sulla magia

Ma quali effetti avrebbe l’entropia sulla magia, alla luce anche dell’articolo precedente?
Tanto per cominciare, l’energia magica disponibile sarebbe, se possibile, ancora meno.

Che sia accumulata fuori o dentro il mago, l’energia magica tenderebbe a disperdersi: sarebbe forse questo fenomeno a concedere l’esistenza di incantesimi che permettano la percezione della magia.
Questo implicherebbe, per esempio, che gli effetti magici vadano a svanire nel tempo e causino tutti quei classici eventi come l’indebolimento dei sigilli magici per trattenere chissà quale oscuro demone del passato.
Sarebbe anche molto in linea con tutte quelle ambientazioni nelle quali la magia si è via via ridotta e non sia più facile come un tempo produrre chissà quali effetti meravigliosi, un classico anche di tanti racconti  che pongono spesso le vicende in epoche successive a quelle degli dei e degli eroi: un tale sapore si respira, ad esempio, nelle Cronache del ghiaccio e del fuoco, nel Signore degli Anelli ma anche, da un certo punto di vista, in ambientazioni dove magia e tecnologia si confondono come Warhammer 40.000.

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Ma come giustificare la presenza di antichi artefatti di ere perdute in grado di garantire immensi poteri, come quelli tipici della terra di mezzo?
Una maniera per limitare lo scambio di energia al minimo è quello di utilizzare contenitori adiabatici, che riescono quasi ad azzerare lo scambio di calore (chiaramente non è possibile azzerare completamente le perdite per un tempo infinito… proprio per colpa dell’entropia!).
L’idea di ridurre la dispersione dell’energia è ampiamente utilizzata in ambito tecnologico per materiali isolanti (basta pensare all’edilizia o ai termos) nonché per altre applicazioni come i Volani, pesanti oggetti tenuti in rotazione nel vuoto su cuscinetti magnetici in modo che non disperdano il loro movimento rotatorio (il quale viene poi utilizzato, all’occorrenza, per produrre energia).

Impedire a un oggetto magico di rilasciare energia potrebbe essere sia una maniera per allungare la sua vita sia, nell’ottica precedente, di celarne la natura.
Ma un oggetto di potere immenso in grado di durare millenni potrebbe somigliare di più a una forma di vita magica, che ottiene la sua energia dall’ambiente esattamente come le piante (entro un certo limite) dal sole.
In base a come funzioni il mana in un mondo di finzione, oggetti e creature che si nutrono di esso potrebbero ridurne la disponibilità magica in una determinata area, cosa che potrebbe portare a divertenti implicazioni.

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Ma l’effetto più importante dell’entropia sulla magia è che la sua energia è ancora più preziosa: ad ogni trasformazione, infatti, viene dissipata, che sia per il passaggio dal metabolismo umano a una riserva magica, dall’ambiente circostante agli incantesimi stessi.
Gli incantesimi poi dovrebbero, se possibile, agire in maniera estremamente diretta: sollevare un masso, per esempio, dovrebbe evitare di richiedere l’apertura di un portale sul piano elementale dell’aria per manifestare una corrente ascensionale (anche se può darsi che un mero sollevamento non sia poi così facile da ottenere… ma ne parleremo oltre!).
Alla stessa maniera, una palla di fuoco potrebbe essere ottenuta separando ossigeno ed idrogeno nel vapore acqueo presente nell’aria, spezzando i loro legami tra loro e ottenendo, per ricombinazione, un effetto esplosivo… ma questo richiederebbe un enorme dispendio di energia.
Perfino l’arco elettrico di un fulmine sarebbe molto più semplice da causare, ma richiederebbe comunque più energia di una punta affilata sparata magicamente sul nemico.
Diversa invece la situazione se queste energie magiche fossero presenti e pronte a svilupparsi in maniera selvaggia: in tal caso, il mago potrebbe limitarsi a gestire con perizia il flusso magico incontrollato, lasciando la dispersione energetica più grande alla fonte magica…

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