Teoria del Calore e Riscaldamento Globale

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Questo articolo è pubblicato nel volume 27, numero 158 2021 della rivista “Infinite Energy”. L’intero articolo può essere acquistato accedendo al seguente indirizzo:

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TEORIA DEL CALORE E RISCALDAMENTO GLOBALE

Capitolo 1 – Riassunto

I provvedimenti che le varie Nazioni hanno finora messo in atto per contrastare il riscaldamento globale, sono basati sulle attuali conoscenze scientifiche, ed è opinione comune che non possano esistere altri provvedimenti di maggiore efficacia, dal momento che la Scienza è considerata infallibile.

In realtà, gli scienziati perfezionano in continuazione le conoscenze sulla composizione e sul comportamento della Natura seguendo il Metodo Scientifico, secondo il quale qualunque teoria scientifica ha carattere provvisorio.

Una teoria riguardante un certo fenomeno naturale nasce dall’osservazione sperimentale, ma la Comunità Scientifica resta in perenne attesa di eventuali altri esperimenti che diano risultati diversi, o che vengano in contraddizione con la teoria stessa; è sufficiente che se ne verifichi anche uno soltanto, purché debitamente documentato, perché gli scienziati inizino a considerare tale teoria errata.

Al riguardo, è famosa la frase contenuta in una lettera che Albert Einstein (1879-1955) scrisse il 4 Dicembre 1926 al fisico Max Born (1882-1970):

“Nessuna quantità di esperimenti potrà dimostrare che ho ragione; un unico esperimento potrà dimostrare che ho sbagliato”.

In sintesi, l’esperienza non può mai servire a confermare una teoria scientifica, ma può solo demolirla; in ciò consiste il rigore del Metodo Scientifico.

Ciò che al giorno d’oggi è considerato scientifico e inattaccabile, forse un giorno farà sorridere gli scienziati; la storia della Scienza ce lo suggerisce: tutte quelle teorie sulla composizione e sul comportamento della Natura che un tempo erano considerate valide, oggi sono considerate errate.

Ciò premesso, nel presente documento si sostiene che esiste un sistema diverso da tutti quelli finora considerati per contrastare il riscaldamento globale. Tuttavia, il genere umano non può mettere in pratica tale sistema, se prima non prende atto della completa e totale erroneità della versione del Secondo Principio della Termodinamica condivisa dalla maggior parte della Comunità Scientifica.

Nel seguito è esposto un riassunto dell’analisida me condotta sull’erroneità del suddetto Principio – un percorso che è iniziato durante il corso di laurea in Fisica, ed è proseguito per oltre cinquanta anni fino al giorno d’oggi.

Il lettore generico non deve temere che l’argomento scientifico qui trattato gli impedisca di capire i contenuti della presente memoria, in quanto non vi sono equazioni e il testo è concepito in modo tale da essere compreso da chiunque abbia una normale capacità di usare la Logica.

Capitolo 2 – Introduzione

A prima vista, l’idea di contrastare il riscaldamento globale occupandosi di termodinamica può sembrare una bizzarria, o una assurdità, ma chiunque leggerà con attenzione questo comunicato potrà comprendere come tale idea sia non solo sensata, ma anche idonea a garantire buoni risultati.

Entriamo gradualmente nel vivo della questione, iniziando a ricordare che i Padri Fondatori della teoria del calore sono essenzialmente due:

Il fisico britannico William Thomson, in seguito Lord Kelvin (1824–1907) e il fisico germanico Rudolf Julius Emanuel Clausius (1822–1888).

La teoria del calore da essi sviluppata è divisa in due parti:

1) il Primo Principio della Termodinamica, verso il quale non sussiste alcun dubbio, in quanto è basato su un “esperimento cruciale” (o Experimentum Crucis) realizzato nel 1847 dallo studioso britannico James Prescott Joule (1818-1889);

2) Il Secondo Principio della Termodinamica, caratterizzato dal fatto di non essere basato su un esperimento cruciale, bensì solo sulla semplicistica constatazione che in Natura il calore si muove sempre da corpi caldi e si dirige verso corpi meno caldi.

Partendo da tale constatazione, i Padri Fondatori misero alla base della seconda parte della teoria del calore (il Secondo Principio della Termodinamica) una proposizione che essi consideravano indiscutibile (ciò che si definisce un assioma), che fu poi condivisa dalla Comunità Scientifica.

Nel corso del tempo, studiosi, scienziati, autori di libri di testo di termodinamica, eccetera, hanno elaborato una quantità di versioni differenti di questo assioma.

Poiché queste differenti versioni dell’assioma sono considerate equivalenti dalla Comunità Scientifica, nel seguito parleremo spesso di “assioma” senza specificarne l’autore.

Comunque, ricordiamo quali sono le principali versioni dell’assioma.

Nel 1851, KELVIN pubblica una memoria intitolata “On the Dynamical Theory of Heat, with numerical results deduced from Mr. Joule’s equivalent of thermal unit, and M. Regnault’s observations on steam”, (Transactions of the Royal Society of Edinburg, March, 1851 and Phil. Mag. IV, 1852)

Tale memoria è rintracciabile al seguente indirizzo web :

https://www3.nd.edu/~powers/ame.20231/kelvin1851.pdf

In tale memoria, KELVIN esprime la sua versione dell’assioma:

“È impossibile, per mezzo di agenti inanimati, ottenere un effetto meccanico da una qualsiasi porzione di materia raffreddandola al di sotto della temperatura del più freddo degli oggetti circostanti”

L’assioma adottato da CLAUSIUS è invece il seguente:

“Il calore non può mai passare da un corpo più freddo ad uno più caldo senza che qualche altro cambiamento, con esso connesso, si verifichi allo stesso tempo”.

Questo assioma è espresso in una memoria pubblicata in Tedesco nel 1854, poi pubblicata in lingua Inglese nel 1856 con il titolo “On a modified Form of the second Fundamental Theorem in the Mechanical Theory of Heat” – (The London, Edinburg and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science [Fourth Series] August 1856).

Tale traduzione è consultabile, gratuitamente, al seguente indirizzo web:

www.biodiversitylibrary.org/item/20044#page/95/mode/1up

Fu lo stesso KELVIN ad affermare (in una sua memoria) l’equivalenza del suo assioma con quello di CLAUSIUS.

È di particolare interesse l’assioma espresso nel 1903 dal grande fisico tedesco Marxs Karl Ernst Ludwig Planck (1858–1947):

“È impossibile costruire una macchina tale che, funzionando in un ciclo, produca altro effetto che il sollevamento di un peso e il raffreddamento di una sorgente di calore.”

Questo assioma è contenuto nell’opera di PLANCK: “Treatise on Thermodynamics”, Longmans, Green, and Co, London, 1903.

In particolare, qui consideriamo la versione tradotta in Inglese di tale opera, Ed. Dover Publications, Inc., quinta edizione del 1917, pagina 89, rintracciabile al link che segue:

https://archive.org/details/in.ernet.dli.2015.154233

La Comunità Scientifica ha accettato anche l’assioma combinato Kelvin-Planck:

“Nessun processo è possibile il cui unico risultato sia quello di assorbire calore da una sorgente e trasformare questo calore in lavoro.”

Come si può intuire, si tratta di proposizioni che sembrano concepite per non far percepire immediatamente il brutale concetto che esse sostanzialmente esprimono:

“È impossibile costruire una macchina termica capace di assorbire calore da un corpo, e di convertirlo in lavoro meccanico, pur essendo priva di un dispersore di calore (o radiatore di calore).”.

Questa macchina termica assorbirebbe calore e lo convertirebbe in lavoro senza rilasciare calore ad un dispersore di calore, e quindi avrebbe un rendimento del 100%.

Insomma, secondo l’assioma, l’Uomo non potrebbe costruire una macchina termica priva del dispersore di calore, ovvero una macchina termica con rendimento pari al 100%.

Per semplificare l’analisi, conveniamo che l’assioma sia espresso dalla brutale proposizione di cui sopra.

Se notiamo che non si tratta di un assioma relativo a fenomeni Naturali, bensì di una affermazione apodittica che impone un limite al perfezionamento che il genere umano può apportare alla tecnologia delle macchine termiche, non possiamo fare a meno di riconoscere che, nell’istituirlo, i Padri Fondatori hanno compiuto un vero e proprio capovolgimento rispetto a ciò che prevede il Metodo Scientifico.

Di solito, è la Scienza a condizionare ciò che si può realizzare tecnologicamente, ma i Padri Fondatori decisero di fare il contrario: la tecnologia della seconda metà dell’800 doveva condizionare una parte della teoria del calore per tutti i secoli futuri.

Senza tema di smentita, si può affermare che questo èstato un primo errore di impostazione (quindi di Logica) commesso dai Padri Fondatori.

Bisogna fare un piccolo passo indietro per comprendere le motivazioni che portarono alla formulazione dell’assioma, e ricordare che prima dell’experimentum crucis di JOULE, la Comunità Scientifica credeva nella teoria del Calorico, secondo la quale il calore era un fluido immateriale, invisibile e immutabile in quantità, che produceva lavoro solo quando fluiva da una temperatura superiore verso una inferiore mentre attraversava una macchina termica.

Secondo tale teoria, c’era quindi bisogno di fornire due temperature alla macchina termica affinché il Calorico potesse fluire attraverso di essa.

Quando l’experimentum crucis di JOULE dimostrò l’erroneità della teoria del Calorico, i Padri Fondatori dovettero creare la teoria del calore attualmente vigente, e lo fecero apportando alla teoria del Calorico il minimo cambiamento possibile, e quindi continuarono a ritenere che fosse necessario disporre di due temperature affinché una macchina termica potesse iniziare a funzionare.

Fu introdotto un solo cambiamento: il calore non restava più invariato in quantità (come prevedeva la vecchia teoria del Calorico), ma mentre esso si muoveva da corpi caldi verso corpi meno caldi, attraversando la macchina termica, diminuiva in quantità per compensare il lavoro prodotto.

Il punto fondamentale da comprendere è che i Padri Fondatori hanno elaborato i loro assiomi, che sostanzialmente prevedono l’esistenza di due temperature di funzionamento, senza conoscere l’effetto termoionico, dato che fu scoperto dopo la loro morte. Quindi essi non potevano concepire l’idea che una macchina termica possa sfruttare una qualsiasi temperatura ambiente come temperatura maggiore per far evaporare spontaneamente gli elettroni, mentre si può fare in modo (come vedremo) che la temperatura inferiore di funzionamento si crei da sola per effetto dell’evaporazione degli elettroni !

La seguente Figura 1 è un utile strumento per comprendere in che cosa consista il limite imposto dall’assioma ai perfezionamenti tecnologici che è possibile apportare ai motori termici.

Fig. 1

La Figura 1 rappresenta la sezione di un ipotetico motore termico Et, il quale assorbe continuamente calore (Q) da un corpo sferico che lo circonda, generando costantemente lavoro meccanico all’esterno di tale corpo sferico tramite un sistema di biella e manovella. La temperatura del corpo sferico (la sorgente di calore) è supposta essere, a titolo di esempio, di 1000 °C e costante nel tempo.

Come si vede, non è presente un dispersore (o radiatore) di calore, e quindi la macchina Et, qualora esistesse e funzionasse in continuazione, sfrutterebbe completamente il calore assorbito dalla sorgente calda a 1000 °C e lo convertirebbe integralmente in lavoro meccanico: avrebbe un rendimento esattamente uguale al 100%.

A questa macchina termica è stato assegnato il nome dispregiativo di “Macchina a Moto Perpetuo di Seconda Specie” – dispregiativo, in quanto tutti sanno che il Moto Perpetuo è impossibile !

Usando termini oggi considerati non propriamente corretti, si può dire che questa macchina termica utilizzerebbe soltanto la “Temperatura” della sorgente calda, non la “Differenza di Temperatura” tra sorgente calda e un dispersore di calore (che infatti non c’è).

Quest’ultimo, infatti, è il funzionamento di tutte le comuni macchine termiche che producono lavoro meccanico, le quali necessitano di due temperature di funzionamento, in accordo con il Secondo Principio della Termodinamica. Tale Principio prevede che una macchina termica può funzionare soltanto se è costruita in modo tale da assorbire calore da una “sorgente” (di calore) e rilasciare una parte di questo calore ad un “dispersore” (di calore), come è schematicamente rappresentato nella seguente Figura 2.

Fig. 2

Nella Figura 2, la macchina termica A funziona in base al Secondo Principio della Termodinamica: essa assorbe la quantità di calore +Qs dalla sorgente calda (source), rilascia una parte di questo calore –Qa al dispersore di calore (heat sink), e converte la differenza nel lavoro meccanico La.

Sono due le inevitabili conseguenze del funzionamento secondo tale Principio:

1) una macchina termica deve avere sempre un dispersore di calore;

2) tra sorgente calda e dispersore di calore deve sempre esistere una Differenza di Temperatura prima che la macchina inizi a funzionare, altrimenti essa non può iniziare a assorbire calore, e quindi non può iniziare a convertire questo calore assorbito in lavoro meccanico; inoltre, tale differenza di temperatura deve essere mantenuta artificialmente anche durante il funzionamento.

La Comunità Scientifica, basandosi sul citato Principio, non ritiene possibile che la differenza di temperatura tra sorgente calda e dispersore di calore sia causata dal lavoro prodotto dalla macchina termica; o ciò che è lo stesso: non si ritiene che la differenza di temperatura tra sorgente calda e dispersore si calore sia l’effetto del lavoro meccanico prodotto dalla macchina.

L’assioma sembra essere basato sulla seguente intuizione: se la temperatura della macchina Et è esattamente uguale a quella dell’ambiente che la circonda, allora la mancanza di una Differenza di Temperatura (sia pure infinitesimale) non può causare l’ingresso di calore dalla sorgente verso Et, e nessuna quantità di calore può fuoriuscire da Et e dirigersi verso il dispersore di calore, in quanto questo componente è addirittura assente.

Quindi, secondo il concetto oggi condiviso dalla Comunità Scientifica, questo tipo di macchina non può esistere, non potendo convertire in lavoro meccanico una quantità di calore che in essa non può entrare e neppure da essa fuoriuscire.

Attenzione ! a volte l’intuizione inganna.

Come si diceva, l’assioma aveva senso nella seconda metà dell’800, poiché in quel tempo non si erano ancora pienamente comprese le implicazioni tecnologiche del fenomeno fisico noto come “effetto termoionico”: la proprietà dell’elettrone libero di essere espulso spontaneamente da un metallo a causa della sua temperatura (non di una qualsiasi Differenza di Temperatura).

Se i Padri Fondatori avessero avuto questa consapevolezza, molto probabilmente non avrebbero adottato l’assioma di cui sopra.

Sfortunatamente, le applicazioni della proprietà posseduta dall’elettrone libero di essere espulso spontaneamente dalla superficie di un metallo (i tubi termoionici denominati “diodo” e “triodo”), furono realizzate nei primi del ‘900 (1904–1906).

Per di più, l’idea di fruttare l’emissione spontanea degli elettroni per ottenere energia elettrica venne avanzata più di un secolo fa, nel 1915 (W. Schlichter, “Die spontane Elektronenemissionglühen derMetalle und das glühelektrische Element”, Ann. Phys., vol. 352, no. 13, pp. 573–640, 1915), quando la teoria del calore ideata dai Padri Fondatori era stata accettata dalla Comunità Scientifica.

È vero che in anni recenti alcuni ricercatori hanno realizzato e pubblicato memorie relative a dispositivi basati sulle proprietà dell’elettrone che contraddicono l’assioma.

Ad esempio, il diodo non-bias a vuoto pneumatico di Xu Yelin nel 1988; il diodo non-bias a stato solido di Xu Yelin, Jiang Ling e Xu Qlang tra il 2000 e il 2004 con ben 10 domande di brevetto depositate dalla Accademia Cinese delle Scienze di Pechino; in seguito, la batteria auto-caricante al Grafene di Zihan Xu (Politecnico Universitario di Hong Kong – Dipartimento di Fisica Applicata e Centro di Ricerca dei Materiali – Nanjing – Cina); Guan Tai (come il precedente, ma anche Laboratorio Statale di Meccanica e Controllo di Strutture Meccaniche – Nanjing – Cina); Yungang Zhou e Fei Gao (Laboratorio Nazionale Pacific Northwest Washington – U.S.A); e Kin Hung Wond (Politecnico Universitario di Hong Kong – Dipartimento di Fisica Applicata e Centro di Ricerca dei Materiali – Nanjing – Cina nel 2012;

Tali dispositivi sono in grado di generare corrente elettrica di intensità sufficientemente alta per applicazioni tecnologiche di pratica utilità.

Ma è ben nota la riluttanza degli scienziati a dismettere un Principio di Fisica che è stato accettato dopo un numero incalcolabile di diatribe, e quindi non sorprende il fatto che questi risultati eclatanti non siano bastati a convincere la Comunità Scientifica ad accettare l’idea che l’assioma sia da rigettare.

Capitolo 3 – Accertamento dell’erroneità del secondo principio della termodinamica

Il fatto che l’intera teoria relativa al Secondo Principio della Termodinamica sia erronea è facilmente verificabile in due diversi modi.

Il primo modo di fare questa verifica consiste nel constatare, sperimentalmente, che l’assioma posto a fondamento del Secondo Principio della Termodinamica non ha validità generale, in quanto si può costruire e far funzionare almeno un sistema che lo contraddice.

Questo sistema è basato sull’emissione spontanea di elettroni da parte di metalli (l’effetto termoionico).

L’esperimento che si può realizzare sfruttando questo fenomeno naturale, dimostra l’erroneità dell’assioma che nel 1851-1854 è stato posto a fondamento della teoria del suddetto Principio.

L’esperimento è talmente facile da realizzare, che può essere ripetuto in laboratori didattici, come quelli di qualche Istituto Tecnico per l’Elettronica.

Chi non sarà soddisfatto dall’esito dell’esperimento, potrà usare una diversa modalità per convincersi dell’erroneità della teoria relativa al Secondo Principio della Termodinamica.

Secondo quest’altra modalità, si parte dalla supposizione che l’assioma sia vero, poi una analisi critica dei ragionamenti dei Padri Fondatori consente di verificare (con elementari considerazioni di Logica facilmente comprensibili da chiunque) che sono errati i ragionamenti che hanno dato luogo alla teoria del citato Principio sulla base della verità dell’assioma.

Nei paragrafi seguenti saranno descritti questi due diversi modi di constatare l’erroneità del Secondo Principio della Termodinamica.

Qualora la Comunità Scientifica acquisisse tale consapevolezza, dovrebbe essere indotta a modificare totalmente la teoria relativa al Secondo Principio della Termodinamica, partendo da assiomi completamente diversi rispetto a quelli finora considerati.

Capitolo 4 – In che modo l’accertamento dell’erroneità del secondo principio della termodinamica può essere utile per contrastare il riscaldamento globale

Il fenomeno del riscaldamento globale è strettamente legato al problema energetico, il quale, a sua volta, è strettamente legato all’assioma posto a fondamento dell’attuale versione del Secondo Principio della Termodinamica, nonché alla dimostrazione (purtroppo errata) di un fondamentale teorema di questa teoria: il teorema di Carnot.

Incidentalmente, si fa notare che l’importanza (sebbene negativa) di questo teorema, qualora fosse valido, sarebbe quella di imporre un limite al valore del rendimento massimo ottenibile dalle macchine termiche che producono lavoro meccanico. Un corollario del teorema di Carnot consentirebbe di quantificare in quale misura il rendimento massimo teoricamente ottenibile da una macchina termica dovrebbe essere inferiore rispetto al 100% – rendimento che dovrebbe restare sempre molto al di sotto del 100%, attestandosi tra il 30 e il 50% anche per macchine termiche ideali.

Tornando al punto, sembra che sia sempre più chiaro che la principale causa del riscaldamento globale consista nell’immissione di anidride carbonica nell’atmosfera, e che la combustione di carburanti per ottenere energia dia un importante contributo a tale immissione.

Le cosiddette “Energie Alternative” potrebbero ridurre questo tipo di immissione, ma è evidente che non tutte queste energie alternative evitano l’immissione di anidride carbonica nell’atmosfera, dal momento che molte diesse richiedono la combustione di qualche tipo di carburante.

C’è da considerare un altro aspetto fondamentale della questione: le menti degli scienziati, degli ingegneri, dei politici e di tutto il resto della società, sono condizionate da un’idea fondamentale sebbene errata: credere che per ottenere energia sia necessario consumare o trasformare irreversibilmente qualcosa; ad esempio, la trasformazione di sostanze chimiche che reagiscono tra loro; il consumo di un combustibile bruciato; la trasformazione nucleare di uno più elementi naturali radioattivi; lo sconvolgimento di un grande territorio per ottenere energia idraulica, eccetera.

Anche l’energia solare consuma qualcosa: il suolo – costringe alla perenne occupazione di grandi spazi per installare pannelli solari, mentre l’energia eolica presenta un notevole impatto visivo e sonoro.

Insomma, in un modo o in un altro, ognuna di queste modalità di produzione dell’energia provoca qualche conseguenza “irreversibile”.

L’idea dell’irreversibilità è strettamente legata alla seconda parte della teoria del calore sviluppata dai Padri Fondatori: quella in cui tutti i fenomeni naturali (nessuno escluso) sono considerati irreversibili (concetto che è stato fatto derivare direttamente dall’assioma, come presto vedremo).

L’idea dell’irreversibilità è anche legata (non spaventatevi !) al conseguente Principio di Aumento dell’Entropia – di cui tra poco parleremo in modo molto semplice e intuitivo.

Al giorno d’oggi, è facile imbattersi in qualche persona erudita che, parlando in generale dello stato della Terra, cita il principio di aumento dell’Entropia.

Citando questo principio fisico, l’erudito interlocutore intende fare riferimento all’irreversibilità dei fenomeni naturali, i quali “aumentano il disordine delle cose” – concetto che gli scienziati collegano all’aumento di una grandezza chiamata “Entropia”.

Ma in che cosa consisterebbe questa entropia, vi chiederete.

L’Entropia è una grandezza fisica che è stata definitaverso la seconda metà dell’800 dai Padri Fondatori della teoria del calore, partendo proprio dal teorema di Carnot.

Se dunque fosse vero (come qui si sostiene) che l’assioma non ha valenza generale e che anche la dimostrazione del teorema di Carnot è affetta da diversi errori di Logica, ne conseguirebbe che anche il principio di aumento dell’Entropia potrebbe essere a sua volta errato, o non completamente corretto.

Ma le conseguenze pratiche sulla sorte dell’Entropia che derivano dai suddetti argomenti importano assai poco alla maggior parte delle persone, che sono invece molto preoccupate del riscaldamento globale.

Avendo tutto ciò premesso, possiamo iniziare a comprendere come e perché l’accertamento dell’erroneità del Secondo Principio della Termodinamica possa consentire al genere umano di contrastare il riscaldamento globale.

Prendendo atto dell’erroneità dell’assioma e degli errori contenuti nel teorema di Carnot, diventa impossibile, per i fisici teorici, escludere che il genere umano possa costruire il motore termico vietato dall’assioma (il motore privo del dispersore di calore), il quale darebbe accesso alla “Vera Energia Alternativa Inesauribile e non Inquinante” – la “produzione” della quale non comporterebbe immissione di anidride carbonica nell’atmosfera.

Per maggiore chiarezza: se l’assioma, il teorema di Carnot e il principio di aumento dell’Entropia non sono corretti, allora è possibile progettare e costruire il motore termico privo del dispersore di calore. Tale motore potrebbe funzionare senza avere bisogno di due sorgenti di calore con differenti Temperature, avendo bisogno di un solo corpo avente una “Qualunque Temperatura”, la quale potrebbe essere la temperatura dell’ambiente terrestre in cui la machina si troverebbe.

Tale motore consentirebbe di “sfruttare” quell’energia presente in ogni luogo della Terra e dell’Universo, che è costituita dalla somma delle inesauribili energie vibratorie possedute da ogni atomo o molecola del mondo materiale (per maggiori informazioni, impostare una ricerca in Internet digitando “Moti Browniani”).

Se la Comunità Scientifica prendesse atto dei citati errori, diventerebbe a sua volta sbagliata l’idea che l’energia può essere “prodotta” (concetto che sottintende la comparsa di qualche tipo di sotto-prodotto che deve essere smaltito nell’ambiente); inizierebbe, invece, ad avere senso l’idea che è possibile “sfruttare” o “intercettare” l’energia che è in perenne circolazione, senza che tale sfruttamento implichi l’introduzione di alcun tipo di gas nell’atmosfera.

In definitiva, se la Comunità Scientifica prendesse atto dell’erroneità del Secondo Principio della Termodinamica, i responsabili delle industrie della microelettronica potrebbero autorizzare la programmazione di studi e sperimentazioni concernenti generatori di corrente elettrica composti da una serie di “wafer” di silicio, aventi superfici trattate secondo il procedimento inventato dal fisico Cinese Xu Yelin e descritto nelle domande di brevetto depositate dall’Institute of Biophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing.

Se tali studi avessero successo, il Genere Umano avrebbe la possibilità di affrontare la lotta al riscaldamento globale in modo molto più efficiente rispetto ai palliativi attualmente messi in atto dalle Nazioni, dato che quel tipo digeneratore di corrente elettrica estrarrebbe la corrispondente energia dai moti vibratori che agitano l’insieme di atomi e molecole che costituiscono l’ambiente terrestre – ciò che potremmo chiamare il “calore ambientale” (concetto che oggi è considerato non-scientifico).

Al giorno d’oggi, tuttavia, studi e di sperimentazioni di tal genere non possono essere intrapresi da parte delle industrie della microelettronica, dato che chiunque manifestasse l’iniziativa di proporle, rischierebbe quanto meno di essere ridicolizzato se non addirittura licenziato. Infatti, la sua iniziativa sarebbe bocciata senza appello da parte di qualunque scienziato.

Capitolo 5 – Esperimento che dimostra l’erroneità dell’assioma del secondo principio della termodinamica

In questo Paragrafo si descrive il razionale di un esperimento basato sull’effetto termoionico, che dimostra come l’assioma posto a fondamento della teoria relativa al Secondo Principio della Termodinamica non abbia validità generale.

L’idea basilare di questo esperimento è dovuta a diversi scienziati, ricercatori e studiosi, i quali hanno realizzato esperimenti e depositato brevetti relativi a sistemi basati sull’effetto termoionico -idee che sono state rese pubbliche in anni recenti (1988, 2000, 2012 e 2017).

Nel seguito sarà spiegato come ripetere una versione semplificata dell’esperimento realizzato dall’autore e descritto nel suo eBook “Libro Incompiuto sull’Energia dell’Ambiente” – cliccare sul link seguente per laggere gratuitamente il primo10% del libro.

Prima di illustrare il funzionamento di questo esperimento basato sull’effetto termoionico, bisogna innanzi tutto ricordare come funzionano le valvole termoioniche (i dispositivi usati a partire dai primi del ‘900 per la costruzione di apparecchi radiotrasmittenti o riceventi, radar, televisori eccetera). Queste valvole termoioniche consistono in un tubo di vetro (questo è il motivo per cui sono anche denominate “Tubi Termoionici”) ermeticamente sigillato e svuotato dell’aria, e da vari elettrodi interni. Si veda la Figura 3.

Fig.3 – Tubo termoionico 3Q4 e relativo schema elettrico

Nell’uso normale, gli elettrodi di un tubo termoionico sono alimentati da corrente elettrica affinché possano svolgere le funzioni previste.

Uno di questi elettrodi (il filamento) è costruito con materiali metallici trattati in modo tale da conferirgli la proprietà di emettere un consistente flusso di elettroni dalla superficie.

Un altro elettrodo (la placca) è fatto con materiali metallici che non sono in grado di emettere consistenti flussi di elettroni dalla superficie. Questo elettrodo serve ad attirare e catturare gli elettroni emessi dal filamento.

Un altro elettrodo che non è in grado di emettere consistenti flussi di elettroni è la griglia di controllo; esso è interposto tra filamento e placca e, nel funzionamento normale, serve a controllare (o variare) il flusso di elettroni catturati dalla placca.

Alcuni tubi elettronici (come quello in Figura 3) hanno due o anche tre griglie intermedie tra filamento e placca, per svolgere funzioni che qui non interessano.

Affinché un tubo termoionico possa svolgere le funzioni per le quali è stato concepito (funzionamento normale), il suo filamento deve essere reso incandescente, e ciò si ottiene facendo percorrere il filamento da una corrente elettrica. Più la temperatura del filamento è alta, più è alto il flusso di elettroni che fuoriesce dalla sua superficie.

Non esiste, però, un limite inferiore di temperatura al di sotto del quale l’emissione di elettroni si arresta completamente; più la temperatura si abbassa, più si abbassa l’emissione elettronica dalla superficie metallica, per cui un metallo emette un flusso (anche se piccolo) di elettroni anche alla temperatura ambiente di 20 °C, e proprio su tale proprietà è basato l’esperimento qui descritto.

Dunque, anche se il filamento non è alimentato con una corrente elettrica (per cui il filamento resta freddo), e se griglia e placca non sono collegate ad un alimentatore elettrico, il filamento emette comunque un certo flusso di elettroni all’interno del tubo vuoto.

Ciò premesso, qui si propone di far funzionare questi tubi termoionici in modo del tutto anormale: senza alimentarli in nessun modo con corrente elettrica, ed anzi facendoli diventare generatori di corrente elettrica. La temperatura dei filamenti viene aumentata riscaldando gli interi tubi.

Dunque, anche in queste condizioni gli elettroni liberi vengono “sparati” via spontaneamente dal filamento – ma da dove proviene l’energia necessaria per produrre questa espulsione?

Come già detto, l’energia necessaria per espellere dalla superficie di un metallo un elettrone libero, proviene dai moti vibratori microscopici che agitano in continuazione, in modo assolutamente caotico (vedi “moti Browniani”), gli atomi e le molecole che costituiscono il metallo.

Consideriamo un singolo elettrone libero che trova proprio al di sotto della superficie del filamento metallico di un tubo termoionico; tale elettrone subisce continuamente collisioni casuali da parte degli atomi metallici che lo circondano, dato che essi vibrano caoticamente in ogni direzione. Le caratteristiche di queste collisioni casuali sono determinate soltanto dalla temperatura media del metallo.

A volte succede che le vibrazioni degli atomi si sommino nell’urto contro un particolare elettrone libero, conferendogli abbastanza energia da consentirgli di saltare fuori dalla superficie metallica. Quando ciò accade, il filamento perde una piccolissima quantità di energia, e quindi i suoi atomi si agitano con minore intensità per cui il filamento si raffredda, sia pure di pochissimo.

Questi concetti non sono frutto di una teoria elaborata dall’autore, bensì sono la realtà fisica dell’emissione elettronica scaturita da esperimenti condotti e riconosciuti dalla Comunità Scientifica.

Gli elettroni fuoriescono in tutte le direzioni a partire dal filamento, e dato che alcuni di essi possono essere diretti verso la griglia e/o la placca, allora una certa frazione di questi elettroni può ricadere su questi elettrodi, anche se essi non sono collegati ad un generatore elettrico.

Griglia e placca vengono così caricati di elettroni, i quali hanno notoriamente carica negativa, per cui tali elettrodi assumono cariche elettriche negative; il filamento, invece, diventa positivo.

Ma la carica negativa di ciascuno di questi due elettrodi va a contrastare l’ulteriore cattura dielettroni, dato che cariche elettriche di segno uguale si respingono, e quindi nella griglia e nella placca si crea un equilibrio di tipo elettrico che è “statico”; a questo equilibrio corrisponde una certa differenza di potenziale elettrico (tensione) tra griglia e filamento, ed un altro valore di tensione tra placca e filamento.

L’equilibrio è di tipo statico, in quanto i moti di tutti gli elettroni restano bloccati: gli elettroni catturati (e bloccati) sulla griglia e sulla placca impediscono (bloccano), con la loro carica elettrica negativa, l’ingresso di altri elettroni sparati via dal filamento.

Notiamo che in tali condizioni di equilibrio elettrico statico, tutto il sistema si trova ad una medesima temperatura, assolutamente identica per tutti i componenti del tubo termoionico: la temperatura dell’ambiente circostante.

(Per chi ha poca dimestichezza con l’elettricità, si fa presente che un “resistore” è, ad esempio, quel componente di una stufa elettrica che si riscalda quando viene attraversato da corrente elettrica.)

Se in tali condizioni di equilibrio statico si collega un resistore tra placca e filamento, e un altro resistore tra griglia e filamento, come nella seguente Figura 4, l’equilibrio statico viene distrutto, per cui i voltaggi che si erano precedentemente creati sulla griglia e sulla placca iniziano a far scorrere elettroni (generano corrente elettrica) attraverso i rispettivi resistori.

Fig. 4

Il fatto che una parte degli elettroni catturati dalla griglia o dalla placca fluiscano via da essi e attraversino i resistori, fa diminuire la tensione elettrica con la quale ognuno di questi due elettrodi si era caricato. Poiché questo minore valore di tensione determina un minore campo elettrico di repulsione per gli elettroni provenienti dal filamento, allora altri elettroni emessi dal filamento possono di nuovo penetrare all’interno di griglia e placca.

Si viene così inizialmente a creare un duplice flusso di elettroni: il primo attraverso i resistori e il secondo nel vuoto, tra filamento e i due elettrodi (griglia e placca). Inizialmente, abbiamo detto, ma quali condizioni si devono verificare affinché questi flussi di elettroni restino costanti nel tempo ?

Per rispondere a questa domanda, ricordiamo che l’energia necessaria ad espellere un elettrone dal filamento è fornita dai microscopici moti caotici di atomi e molecole del filamento, mentre l’energia media di atomi e molecole del filamento è proporzionale alla sua temperatura, per cui se l’energia media del filamento diminuisce, perché esso emette elettroni, allora anche la temperatura media del filamento deve diminuire, e di conseguenza deve diminuire anche il flusso di elettroni che esso emette.

Dunque, affinché la temperatura del filamento non diminuisca troppo, è necessario che esso riceva del calore. Allora la domanda che ci ponevamo in precedenza si tramuta in un’altra: da dove può provenire questo calore, affinché i flussi di elettroni restino costanti nel tempo ?

Per rispondere a quest’altra domanda, osserviamo che se degli elettroni impattano con una certa velocità sulla griglia e sulla placca, allora questi impatti tendono a riscaldare griglia e placca; ma quanto ?

Se l’insieme del riscaldamento di griglia e placca fosse in grado di compensare esattamente il raffreddamento del filamento, allora la temperatura interna del tubo termoionico resterebbe in media costante e uguale alla temperatura ambiente iniziale. Ciò implicherebbe l’arresto (prima o poi) dei flussi di elettroni, perché altrimenti sarebbe violato il principio di conservazione dell’energia.

Infatti, se la corrente elettrica continuasse a scorrere nei resistori, l’energia termica che essi disperderebbero nell’ambiente proverrebbe dal nulla.

Ma c’è la speranza che il raffreddamento che subisce il filamento sia maggiore (in valore assoluto) dell’insieme del riscaldamento subito dalla griglia e dalla placca.

Infatti, come si è detto, griglia e placca sono cariche di elettroni, e il campo elettrico da essi generato rallenta il moto degli elettroni che si dirigono su questi due elettrodi provenendo dal filamento. Dunque, l’energia cinetica degli elettroni che riescono a penetrare dentro griglia e placca è molto inferiore (sono meno veloci) di quella che essi possedevano quando hanno abbandonato il filamento, per cui il loro impatto su griglia e placca deve provocare un lieve riscaldamento.

Questo comporta che allorché i resistori vengono collegati, la temperatura del filamento deve diminuire in misura maggiore rispetto al riscaldamento di griglia e placca – nel complesso, all’interno del tubo termoionico deve prevalere il raffreddamento.

La sottrazione di calore dal filamento, deve determinare all’interno del tubo un abbassamento della temperatura media rispetto a quella dell’ambiente, e ciò può consentire al calore di fluire spontaneamente dall’ambiente verso l’interno del tubo termoionico, con il risultato che le correnti elettriche possono continuare a fluire attraverso i resistori.

Ma la temperatura all’interno del tubo non può diminuire senza limiti. Infatti, il progressivo aumento della differenza di temperatura, tra esterno ed interno del tubo, fa aumentare il flusso di calore proveniente dall’ambiente che è diretto verso l’interno del tubo stesso, per cui ad un certo punto la temperatura interna del tubo si deve stabilizzare ad un valore inferiore a quello della temperatura ambiente.

In realtà sono molteplici le temperature che si devono creare in questo sistema: una sul filamento, una sulla griglia e infine l’ultima sulla placca.

Queste due ultime temperature, diverse tra loro e diverse dalla temperatura ambiente, non possono essere la “causa” delle correnti elettriche che scorrono nelle resistenze, ma devono essere invece l’”effetto” di tali correnti.

Tali differenze di temperatura non esistono “prima” che il sistema inizi a produrre corrente elettrica, ma si formano “dopo” che il sistema ha iniziato a funzionare da solo.

È questa la rivoluzione Copernicana che può scaturire dal successo dell’esperimento !

L’errore che è stato mantenuto fino ad oggi, è quello di ritenere che il calore non può mai essere assorbito da una macchina termica, ed essere da essa convertito in lavoro meccanico, se noi inizialmente non colleghiamo la macchina a due corpi materiali con diversa temperatura prima che essa inizi a funzionare, e se non manteniamo questa differenza di temperatura anche durante tutto il periodo di funzionamento.

Il sistema descritto in precedenza, invece, qualora funzionasse secondo la descrizione, diventerebbe una macchina termica che fa scorrere corrente elettrica dentro i resistori, funzionando, però, in modo esattamente opposto rispetto a tutte le macchine che funzionano in base al Secondo Principio della Termodinamica: è vero che la macchina avrebbe bisogno di una “Sorgente di Calore”, la quale sarebbe costituita dall’ambiente circostante, però la macchina non funzionerebbe grazie ad una Differenza di Temperatura che esiste prima che la macchina stessa inizi a funzionare.

Questa particolare macchina termica sarebbe priva di dispersore di calore, il quale, invece, per le macchine che funzionano in base al Secondo Principio della Termodinamica, deve essere presente sia prima che la macchina inizi a funzionare, che durante il suo funzionamento, per garantire l’esistenza della temperatura più bassa.

Al contrario, la particolare macchina termica di cui sopra sarebbe in grado di generare da sola la temperatura più bassa, che si manifesterebbe dopo che il sistema ha iniziato a generare corrente elettrica.

Quella che abbiamo immaginato sarebbe una macchina termica rivoluzionaria.

Avremmo un sistema che fa scorrere corrente elettrica attraverso i resistori (che quindi si riscalderebbero), pur non essendo alimentato in nessuna sua parte da un generatore elettrico, e nel quale la corrente elettrica che scorrerebbe nei resistori sarebbe generata soltanto grazie alla “Temperatura” del filamento, non grazie a una qualche preesistente “Differenza di Temperatura”.

L’energia che sarebbe dispersa nell’ambiente dai resistori non proverrebbe dal nulla, e il Principio di Conservazione dell’Energia non sarebbe violato.

In definitiva, l’energia termica “circolerebbe” in continuazione secondo il seguente percorso: Ambiente→Filamento→Resistori→Ambiente (di nuovo) e così di seguito.

Per concepire un esperimento realmente fattibile basato su tali premesse, bisogna semplificare la costruzione eliminando, ad esempio, il resistore collegato alla placca. Inoltre, per aumentare la tensione di uscita, si possono collegare in serie un certo numero di tubi dello stesso tipo, come rappresentato graficamente nella seguente Figura 5.

Fig. 5 Fig. 1

Se ora confrontiamo la Figura 1 con la Figura 5, notiamo che le due macchine hanno una identica configurazione.

Entrambe sono prive del dispersore di calore e l’unica differenza è che la prima produrrebbe energia meccanica mentre l’altra genererebbe energia elettrica, facendo circolare la corrente elettrica I nel resistore di carico R.

La macchina di Figura 1 è quella vietata dall’assioma, mentre in Figura 5 è rappresentata quella che potrebbe realmente esistere nel momento in cui l’esperimento descritto funzionasse secondo le modalità sopra indicate.

Capitolo 6 – Risultati dell’esperimento descritto nell’eBook

Prima di esporre la procedura da seguire per eseguire un semplice esperimento che dimostra la non-generalità dell’assioma, è opportuno dare conto dei risultati ottenuti con l’esperimento descritto nell’eBook sopra indicato.

Sebbene questo esperimento abbia presentato qualche anomalia rispetto a ciò che ci si aspettava di trovare, il suo esito è stato positivo: la tensione che si è sviluppata ai capi del resistore di carico collegato in parallelo ai tubi termoionici ed al voltmetro elettronico, si è mantenuta sempre diversa da zero ed ha raggiunto valori piccoli ma significativi. Inoltre, questa tensione variava notevolmente al variare della temperatura del forno.

La seguente Figura 6 mostra due tipici diagrammi Tensione/Temperatura ottenuti durante le varie ripetizioni dell’esperimento. Notare nel grafico a destra la curva di raffreddamento, messa in evidenza con i punti triangolari.

Fig. 6

Le anomalie riscontrate sono le seguenti:

Per temperature relativamente basse (minori di 200≈300 °C), la tensione sviluppata ai capi del resistore di carico, in luogo di assumere valore negativo (come ci si aspettava), mostrava talvolta valori positivi. Gli attesi valori negativi prendevano stabilmente il sopravvento a temperature più alte;
Per temperature relativamente basse, si assisteva ad oscillazioni dei valori di tensione misurati mentre la temperatura aumentava;
La ripetizione in giorni successivi dell’esperimento non produceva gli stessi valori di tensione, a parità di temperatura, anche se nulla era stato cambiato nel sistema;

L’esistenza di questi comportamenti inattesi non implica che l’esperimento non sia ripetibile e significativo.

Sono pochi i criteri da prendere in considerazione per stabilire se l’esperimento sia ripetibile e significativo.

Innanzi tutto, bisogna essere sicuri che la tensione sviluppata ai capi del resistore di carico sia determinata soltanto dai tubi termoionici e non da altri elementi estranei. Per avere questa certezza, tutti i collegamenti elettrici tra il sistema e il voltmetro elettronico sono stati schermati e collegati a terra. Per evitare che l’effetto termoelettrico (o effetto Seebeck) potesse generare tensioni, sono stati usati conduttori fatti dello stesso metallo (Argento) sia per i collegamenti interni tra un prntodo e l’altro, che per il collegamento del voltmetro elettronico alla serie di tubi termoionici. D’altra parte, l’effetto termoelettrico non può generare prima tensioni positive e poi tensioni negative;
Poi bisogna essere sicuri che il valore della tensione sia una funzione della temperatura del forno. Che ciò sia avvenuto, lo hanno dimostrato le misure. Il fatto che la tensione variasse fortemente con il variare della temperatura, ha dato una ulteriore garanzia che le tensioni misurate non dipendevano da interferenze elettriche;
Inoltre, ci si deve assicurare che le tensioni misurate non dipendano dalla presenza degli elementi naturali radioattivi che talvolta sono introdotti del filamento per favorire l’emissione di elettroni. Dato che la radioattività non è influenzata da temperature dell’ordine di 500 °C, il fatto che il valore della tensione misurata dipendesse dalla temperatura, ha dimostrato che la tensione non può essere stata generata da elementi naturali radioattivi incorporati nel filamento;
Infine (criterio determinante) bisogna verificare che la tensione sviluppata ai capi del resistore di carico sia diversa da zero (vuoi negativa o positiva). La circostanza che la tensione sviluppata ai capi del resistore assuma valori minimi non può implicare che l’esperimento non dimostri l’erroneità dell’assioma. Se l’assioma avesse validità generale, la tensione presente ai capi del resistore di carico dovrebbe mantenersi sempre esattamente uguale a zero a qualunque temperatura. Al contrario, l’esperimento ha dimostrato che tale tensione non è mai stata esattamente uguale a zero, anche se ha assunto valori minimi, come millesimi, centesimi, o perfino decimi di Volt per temperature vicine a 500 °C,

“Per uno spirito teorico un milionesimo è come un milione, vuol dire che non è zero, da dove viene?”, così il fisico Roberto Germano ha espresso questo concetto a pagina 151 del suo libro “AQUA – L’acqua elettromagnetica e le sue mirabolanti avventure”, Ed Bibliopolis, 2006.

È vero che, nel passaggio da valori positivi a negativi, la tensione realmente esistente ai capi del resistore di carico deve necessariamente aver assunto il valore zero, ma si è visto per esperienza che questo passaggio è sempre stato molto veloce al variare della temperatura, e il valore zero, previsto dalla teoria dei Padri Fondatori, è stato il più instabile di tutti i valori misurati in corrispondenza di temperature sufficientemente elevate.

Per puro tuziorismo, potremmo avanzare alcune ipotesi per spiegare i comportamenti inattesi di cui sopra – ad esempio, che essi potrebbero essere il risultato dell’impatto degli elettroni emessi dal filamento con residui di gas presenti all’interno dei tubi termoionici, i quali, infatti, non sono mai perfettamente svuotati dell’aria.

Ma dobbiamo tenere presente che il concetto di “anomalia” dovrebbe avere poco significato nella Scienza, quando si ha a che fare con un esperimento. La Natura non si comporta sempre come le teorie attualmente vigenti pretenderebbero che avvenisse.

Ad esempio, se un ipotetico esperimento realizzato da vari sperimentatori indipendenti dimostrasse, senza ombra di dubbio, che un evento che si manifesta sulla terra determina un altro evento sulla Luna con intervallo di tempo uguale a zero, non sarebbe lecito rigettare aprioristicamente la validità dell’esperimento, giustificando il diniego con la violazione della teoria della relatività di Einstein, secondo la quale questo intervallo di tempo dovrebbe essere maggiore di un secondo.

Insomma, l’ultima parola non può essere mai quella della teoria, bensì quella che scaturisce dai lavori condotti da sperimentatori indipendenti (da tutto e da tutti !).

Il seguente link consente di visionare il filmato dell’esperimento (Nuova Verifica…). Ad ogni pagina, conviene cliccare sul pulsante “PAUSA” per avere il tempo di leggere il testo che essa contiene.

https://www.youtube.com/channel/UCJj0yC24yVCBqpWJJ1_RhIw

Capitolo 7 – L’erroneità della teoria relativa al secondo principio delle termodinamica: Gli errori di logica

Introduzione

Come si è accennato in precedenza, non solo si può realizzare un esperimento che dimostra che l’assioma posto a fondamento della teoria relativa al Secondo Principio della Termodinamica non ha valore universale, ma si può dimostrare che vi sono numerosi errori di Logica nei ragionamenti che hanno generato tale teoria partendo dall’assioma.

La dimostrazione completa di questi errori si trova nell’eBook citato in precedenza; essa è il frutto di una analisi critica delle principali memorie pubblicate nella seconda metà dell’800 dai due Padri Fondatori della teoria dinamica del calore: William Thomson, in seguito Lord Kelvin (1824–1907) e Rudolf Julius Emanuel Clausius (1822–1888).

Nell’eBook viene messo in evidenza il fatto che gli stessi errori si riscontrano anche nei moderni libri di testo didattici di fisica, è quindi le moderne generazioni di studenti sono costrette ad imparare nozioni parzialmente errate sulla seconda parte della teoria del calore.

L’analisi critica contenuta nell’eBook è stata concepita in modo da essere comprensibile da chiunque, anche da chi non abbia buone conoscenze di matematica e fisica, dato che gli errori evidenziati sono di Logica.

Quello che segue è un riassunto semplificato di questa analisi critica, che consente ai lettori di rendersi conto dell’effettiva esistenza dei citati errori senza dover consultare l’eBook.

Per entrare nell’argomento degli errori presenti nella seconda parte della teoria classica del calore, ricordiamo ancora che nella seconda metà dell’800 non si conosceva la composizione degli atomi, e quindi non si potevano immaginare le conseguenze tecnologiche della proprietà degli elettroni liberi di essere espulsi dalla superficie di metalli a causa della sola temperatura.

Quindi, nessuno scienziato di quel tempo ebbe la possibilità di rendersi conto che i Padri Fondatori avevano introdotto un assioma che poteva essere contraddetto da un esperimento.

Per quanto riguarda la maggior parte degli errori di Logica che l’autore attribuisce ai Padri Fondatori, essi erano rilevabili dagli studiosi della seconda metà dell’800, ed è incomprensibile il fatto che anche i moderni scienziati continuino a non rilevarli, con la sola eccezione di quegli inascoltati Razionalisti che si stanno dedicando alla costruzione di una Termodinamica Razionale.

Capitolo 7.1 – Lo schema del teorema di Carnot

Prima di descrivere i citati errori di Logica, è opportuno ricordare come i Padri Fondatori hanno congegnato la dimostrazione del teorema di Carnot – teorema che ha portato la teoria relativa al Secondo Principio della Termodinamica a una condizione di completa confusione e irrazionalità.

In questo Paragrafo è esposta una sintesi del ragionamento che in genere viene utilizzato per dimostrare il teorema di Carnot, mentre nei prossimi Paragrafi saranno evidenziati gli errori che rendono la dimostrazione diquesto teorema non condivisibile.

Per semplificare questo riassunto, prenderemo in considerazione la dimostrazione del teorema di Carnot secondo lo schema ideato da KELVIN, quello descritto nella sua memoria del 1851.

Si tenga presente che anche la dimostrazione del teorema di Carnot secondo lo schema ideato da CLAUSIUS (riportato nella sua memoria del 1854) è affetta dagli stessi errori, come è spiegato nel citato eBook.

La dimostrazione del teorema di Carnot secondo lo schema di KELVIN, viene conseguita tramite una dimostrazione per assurdo, dove l’assurdità consisterebbe nella violazione dell’assioma ideato dallo stesso KELVIN:

In termini più semplici, l’assurdità consisterebbe nell’esistenza di una macchina termica che assorbe calore e produce lavoro anche se è priva del dispersore di calore (il più freddo degli oggetti circostanti) – macchina conosciuta anche come “Moto Perpetuo di Seconda Specie”.

Il ragionamento connesso alla dimostrazione del teorema di Carnot, secondo lo schema di KELVIN, prevede di immaginare l’esistenza di due sorgenti di calore, una calda (la fornace) e l’altra fredda (costituita dal dispersore di calore); inoltre è prevista la presenza di una prima macchina termica ideale che lavora tra queste due temperature, ove ogni trasformazione che avviene in questa macchina è reversibile, per cui tale macchina (Rev) è complessivamente reversibile.

Poi si immagina l’esistenza di un’altra macchina termica non ideale o “qualunque”, sempre funzionante tra le stesse temperature di prima, ove però alcune trasformazioni che avvengono in quest’altra macchina sono irreversibili, per cui tale macchina (Irr) è complessivamente irreversibile.

Dato che la prima macchina (Rev) è reversibile, essa può essere fatta funzionare invertita (come frigorifero), quindi essa assorbe un certo lavoro meccanico che viene consumato per spostare calore dal corpo freddo (il dispersore di calore) a quello caldo (la fornace); la macchina irreversibile (Irr), invece, viene fatta funzionare normalmente, come un motore, quindi essa preleva calore dal corpo caldo, restituisce una parte di esso al dispersore di calore e trasforma la differenza in lavoro meccanico.

Si immagina, in seguito, che queste due macchine siano collegate tra loro in modo da funzionare in contrapposizione: il lavoro prodotto dalla macchina irreversibile viene utilizzato per far funzionare quella reversibile come un frigorifero.

A questo punto, il ragionamento prevede che l’ipotesi seguente sia formulata:

“Esiste una macchina irreversibile che è più efficiente della macchina reversibile.”

La Figura 7 seguente mostra il sistema delle due macchine contrapposte dimensionate in modo tale da rispettare l’ipotesi.

Fig. 7

Come è mostrato nella Figura 7, se la macchina irreversibile (Irr) avesse un rendimento maggiore di quella reversibile (Rev), la combinazione di queste due macchine sarebbe in grado di produrre il lavoro meccanico utile (Lu) a spese del calore tratto via (attenzione ! non ceduto) dal dispersore (il più freddo degli oggetti circostanti), il quale pertanto si raffredderebbe ancor di più.

Infatti, come si nota nella Figura, la quantità di calore +Qb che la macchina Rev estrarrebbe dalla sorgente fredda T₁ (il dispersore di calore), sarebbe maggiore (in valore assoluto) rispetto alla quantità di calore –Qa, che la macchina Irr cederebbe allo stesso dispersore; complessivamente, il dispersore di calore sarebbe soggetto ad una continua sottrazione di calore e si raffredderebbe sempre più.

Questo costante raffreddamento del dispersore costituirebbe (secondo i teorici) una assurdità, in quanto rappresenterebbe proprio ciò che è vietato dall’assioma.

Pertanto, questo tipo di ragionamento porta i teorici a concludere che questa macchina complessa non può esistere, dato che consentirebbe di violare il sacro assioma.

Ma poiché l’esistenza di tale macchina complessa sarebbe consentita solo dall’esistenza di una macchina irreversibile più’ efficiente di una reversibile, allora il ragionamento si conclude dicendo che la macchina irreversibile non può essere più efficiente della macchina reversibile.

Attenzione ! Raggiunta questa conclusione, la dimostrazione per assurdo è terminata.

Ma ai teorici questa conclusione non basta! Infatti, se il ragionamento fin qui illustrato fosse condivisibile (ma noi vedremo che non lo è per alcuni motivi), sarebbe stato dimostrato solo che una macchina irreversibile non può essere più efficiente di una reversibile (tra le stesse temperature di funzionamento), ma ciò non potrebbe escludere che la macchina irreversibile possa essere ugualmente efficiente come quella reversibile.

Però, come già detto, i teorici non possono accettare questa eventualità, che li costringerebbe a rinunciare al concetto fondamentale che essi condividono sul Secondo Principio della Termodinamica: la presenza di irreversibilità in un motore termico fa sempre diminuire ilsuo rendimento.

Per giungere in ogni caso all’agognata conclusione, i teorici devono fingere che la dimostrazione per assurdo non sia già terminata, per cui aggiungono che l’uguaglianza del rendimento vale solo quando la macchina irreversibile diventa reversibile.

Questi ragionamenti non sono condivisibili per le seguenti ragioni.

Capitolo 7.2 – Il secondo errore logico di impostazione

Abbiamo detto in precedenza che i Padri Fondatori commisero un primo errore di Logica, nel momento in cui decisero che la tecnologia della seconda metà dell’800 dovesse condizionare la seconda parte della teoria del calore per tutti i secoli futuri.

Un secondo errore di Logica commesso dai Padri Fondatori, è stato quello di derivare dall’assioma il concetto che certi fenomeni naturali (o certe trasformazioni) sono irreversibili.

Questo errore di impostazione della teoria relativa al Secondo Principio della Termodinamica, fu introdotto da KELVIN in una memoria pubblicata nel 1852, intitolata “On a Universal Tendency in Nature to the Dissipation of Mechanical Energy”, ove egli modificò e perfezionò la sua idea circa il concetto di “irreversibilità”.

Tale pubblicazione si può leggere gratuitamente accedendo al seguente link:

https://www3.nd.edu/~powers/ame.20231/kelvin1852.pdf

In questa memoria, KELVIN fornisce una chiara indicazione di quali sarebbero le trasformazioni che sono irreversibili o dissipative come conseguenza necessaria dell’assioma. KELVIN scrive, infatti (p. 511-512):

“Le proposizioni seguenti sono redatte con riferimento alla dissipazione di energia meccanica da una data riserva, e il ripristino alla sua primitiva condizione. Esse sono conseguenze necessarie [nota bene – ndr] dell’assioma: “È impossibile, per mezzo di agenti materiali inanimati, ottenere un effetto meccanico da una porzione di materia raffreddandola al di sotto del più freddo degli oggetti circostanti.”

I. Quando il calore è creato da un processo reversibile (cosicché l’energia meccanica così spesa può essere ripristinata alla sua primitiva condizione), c’è anche un trasferimento da un corpo freddo ad uno caldo di una quantità di calore connessa alla quantità creata, una proporzione definita dipende dalle temperature dei due corpi.

II. Quando il calore è creato da un processo irreversibile (come l’attrito), c’è dissipazione di energia meccanica, e il pieno ripristino alla condizione primitiva è impossibile.

III. Quando il calore viene diffuso per conduzione, c’è dissipazione di energia meccanica, e il perfetto ripristino è impossibile.”

Anche nei moderni libri di testo di termodinamica si riscontra questo errore di impostazione, e ciò fornisce una prima prova di come gli errori dei Padri Fondatori siano tuttora condivisi dalla Comunità Scientifica.

È facile spiegare perché derivare il concetto di irreversibilità di certe trasformazioni naturali dall’assioma sia un errore di Logica: l’assioma è il punto di partenza per fondare una nuova teoria (in sostituzione della obsoleta teoria del Calorico) riguardante un certo comportamento del calore, ma bisogna considerare il fatto che l’assioma prescelto non riguarda il comportamento del calore in Natura, ma impone un limite alle tecnologie che il genere umano può sviluppare.

Se dunque certe trasformazioni naturali vengono definite irreversibili come necessaria conseguenza di un assioma del genere, si mescolano tra loro due entità concettuali non omogenee: trasformazioni irreversibili per ciò che la Natura non potrà mai fare, e trasformazioni che il genere umano non può invertire usando le tecnologie consentite dalle conoscenze scientifiche del momento.

Accettare ancora oggi questa mistione di concetti non omogenei continua a mantenere confusione nella teoria basata sull’assioma, in quanto le capacità tecnologiche dell’Uomo relative all’assioma sono rimaste quelle della seconda metà dell’800, mentre nei successivi 160 anni i progressi della scienza hanno consentito il raggiungimento di tecnologie raffinatissime.

Questa distinzione non è stata mai espressa nella teoria relativa al Secondo Principio della Termodinamica, dato che tutte le trasformazioni che avvengono realmente (sia quelle naturali che quelle provocate dall’Uomo) sono state considerate irreversibili, compresa la conduzione di calore.

La seguente considerazione fa comprendere come fosse invece necessario introdurre questa distinzione: non c’è alcun dubbio che la Natura non sia in grado di invertire la conduzione di calore, in base alla definizione di irreversibilità oggi condivisa, ma se esistesse una macchina a moto perpetuo di seconda specie, allora un Fisico o un Ingegnere potrebbe utilizzare questo tipo di macchina per invertire tale trasformazione senza produrre alcun cambiamento nel resto dell’universo.

Come vedremo nel capitolo successivo, questo errore di impostazione determina uno dei motivi per cui la tesi che i teorici vorrebbero dimostrare per il teorema di Carnot non è in realtà ottenibile.

Capitolo 7.3 – Primo motivo di inaccettabilità della dimostrazione del teorema di Carnot: La molteplice utilizzazione dell’assioma

Facendo riferimento ai contenuti del Paragrafo precedente, osserviamo che l’assioma viene usato più volte nella dimostrazione del teorema di Carnot: una prima volta (implicitamente) per stabilire che sono reversibili le trasformazioni che compongono una prima macchina; una seconda volta (implicitamente) per definire che sono irreversibili le trasformazioni che compongono la seconda macchina; una terza volta (esplicitamente) per dichiarare che la macchina complessa descritta non può esistere perché consentirebbe di violare l’assioma.

Tuttavia non è lecito, in un determinato ragionamento, invocare più volte lo stesso assioma per trarne successive deduzioni. La molteplice applicazione di un assioma in uno stesso ragionamento consente la dimostrazione tautologica di qualunque proposizione.

Capitolo 7.4 – Secondo motivo di inaccettabilità della dimostrazione del teorema di Carnot: L’impossibilità di utilizzare la dimostrazione per assurdo

Iniziamo ad osservare che nella dimostrazione del teorema di Carnot si ravvisa un utilizzo non consentito della dimostrazione per assurdo. Questo tipo di dimostrazione è basato sul principio (Aristotelico) del Terzo Escluso (in Latino: Tertium non datur).

L’utilizzazione di tale principio non veniva contestata dai Matematici della seconda metà dell’800, allorché i Padri Fondatori ideavano la teoria del calore. Questa contestazione fu avanzata più tardi, nei primi del ‘900, dai Matematici Costruttivi, come ad esempio i Matematici Intuizionisti, di cui Luitzen Egbertus Jan Brouwer (1881-1966) fu il capostipite, quando ormai la Comunità Scientifica aveva accettato la teoria del calore creata dai Padri Fondatori.

Si veda, ad esempio, la seguente opera di Arend Heyting “Intuitionism; an Introduction”, North Holland Publishing Company – Amsterdam-London, 1966.

Il principio del Terzo Escluso si può applicare soltanto quando nel sistema considerato vi sono due (e solo due) casi in reciproca apposizione. Se si riconosce che uno dei due casi è assurdo o impossibile, l’unica possibilità che resta (tertium non datur !) è che sia vero il caso opposto.

In realtà, nel sistema fisico relativo al teorema di Carnot i casi possibili sono tre. Infatti, il rendimento di una macchina termica può essere maggiore, uguale o inferiore rispetto ad un’altra.

Conclusivamente, in presenza di tre possibili casi, il principio del terzo escluso non è utilizzabile per trarre dal teorema di Carnot la conclusione desiderata dai teorici, non essendo logicamente possibile concepire un unico opposto di due casi diversi tra loro.

Capitolo 7.5 – Terzo motivo di inaccettabilità della dimostrazione del teorema di Carnot: L’ipotesi riduttiva

Come abbiamo notato in precedenza, i teorici hanno adottato la seguente ipotesi “riduttiva” per continuare ad utilizzare il principio del terzo escluso nella dimostrazione del teorema di Carnot: Esiste una macchina termica irreversibile che è più efficiente di un’altra reversibile che funziona tra le stesse temperature.

I teorici hanno adottato tale ipotesi riduttiva per forzare la dimostrazione del teorema di Carnot verso la conclusione che essi desideravano.

Tuttavia, ragionando correttamente, si può comprendere che questa ipotesi riduttiva non può consentire di conseguire la conclusione desiderata dai teorici, cioè quella che sarebbe pienamente coerente con il concetto fondamentale sottinteso dalla versione attualmente condivisa del Secondo Principio della Termodinamica: la presenza di irreversibilità nelle trasformazioni che avvengono in un motore termico fa diminuire il suo rendimento, rispetto al caso in cui le trasformazioni sono reversibili.

La proposizione che i teorici vorrebbero poter affermare, per restare aderenti al predetto agognato concetto, è la seguente:

“Nessuna macchina termica può essere più’ efficiente, o ugualmente efficiente rispetto a una macchina reversibile.”

Come si è detto, l’ipotesi riduttiva ha consentito ai teorici di utilizzare il principio del terzo escluso nella dimostrazione del teorema di Carnot, e di eliminare (momentaneamente) il terzo caso: quello in cui il motore termico irreversibile ha un rendimento uguale a quello di un motore termico reversibile.

Ma in realtà questo terzo caso non può essere eliminato per sempre, se si vuole dimostrare la tesi desiderata dai teorici, e allora, per poter comunque affermare che tale tesi è vera, si argomenta, tardivamente, che l’uguaglianza del rendimento si ha solo quando il motore termico irreversibile diventa reversibile.

Questa argomentazione, oltre che essere tardiva, è tautologica e quindi insostenibile. Infatti, una volta che in quella dimostrazione per assurdo l’ipotesi ha prodotto la contraddizione, la dimostrazione è terminata, e la considerazione che l’uguaglianza del rendimento vale solo quando il motore termico irreversibile diventa reversibile è una tautologia che non può trasformare la conclusione che apparentemente si può trarre da quel ragionamento:

“La macchina (qualunque) irreversibile non può essere più efficiente della macchina reversibile.”

nella conclusione che i teorici vorrebbero:

“Nessuna macchina termica può essere più’ efficiente, o ugualmente efficiente rispetto a una macchina reversibile.”

Capitolo 7.6 – Quarto motivo di inaccettabilità della dimostrazione del teorema di Carnot: Il ragionamento è incompleto

Torniamo alla Figura 7, che qui si riporta per convenienza.

(Fig. 7)

Osservando la Figura, ricordiamo che i teorici ritengono che le due macchine termiche contrapposte possono iniziare a funzionare solo se preesistono due sorgenti di calore, ovvero due corpi ideali capaci di mantenere costanti le rispettive temperature anche se soggetti a scambi di calore: la sorgente (source) a temperatura T₂ e il dispersore di calore (heatsink) a temperatura T₁.

Ricordiamo, soprattutto, che i teorici ritengono che la condizione rappresentata dalla Figura sia fisicamente impossibile, perché il sistema delle due macchine contrapposte produrrebbe un lavoro meccanico utile (Lu), assorbendo l’equivalente quantità di calore (-Qa +Qb) dal dispersore di calore (il più freddo degli oggetti circostanti), violando l’assioma.

Ora si può obiettare che i teorici che usano lo schema di KELVIN hanno prematuramente interrotto la dimostrazione del teorema di Carnot, dal momento che è possibile introdurre tra sorgente calda e dispersore di calore una “resistenza termica”– con tale modifica, l’assurdità consistente nella violazione dell’assiomadi KELVIN sparisce, come risulta evidente osservando la seguente Figura 8.

Fig.8

Nella Figura 8 è stata introdotta una resistenza termica (thermal resistance) tra sorgente calda (source) e dispersore di calore (heatsink); la resistenza termica è calibrata e mantenuta in loco in modo tale da asportare dalla sorgente la esatta quantità di calore +Q_L = –Qa+ Qb, e trasferirla al dispersore di calore, ove tale quantità di calore cambia di segno algebrico (essendo calore ceduto) e diventa –Q_L = –Qb + Qa. Tale quantità di calore annulla il bilancio di calore del dispersore.

L’introduzione della resistenza termica non impedisce che le due macchine contrapposte continuino a funzionare come prima.

Però ora non è più il dispersore di calore a dover fornire il calore necessario alla produzione del lavoro meccanico utile Lu (evento che costituiva l’assurdità), e quindi l’assioma di KELVIN non è più violato.

Con questa variante, la dimostrazione per assurdo del teorema di Carnot con lo schema e l’assioma di KELVIN non può più essere portato a termine (viene a mancare l’assurdità).

I teorici potrebbero opporre un primo argomento per sostenere che non si può introdurre una resistenza termica: la successiva introduzione della resistenza termica equivarrebbe a “cambiare la carte durante il gioco”.

Ma tale argomento è improponibile, dato che il calore che attraversa la resistenza termica non altera le trasformazioni che avvengono nelle due macchine.

I teorici potrebbero opporre un secondo argomento: la resistenza termica introduce nel sistema un fenomeno irreversibile (la conduzione di calore). Ma anche questa obiezione è inefficace per due ragioni:

1) Se si considera il caso in cui la resistenza termica viene introdotta “dopo” aver terminato la dimostrazione per assurdo, i teorici non possono opporre tale argomento dato che hanno stabilito che la conduzione di calore è irreversibile come immediata conseguenza dell’assioma, per cui invocherebbero l’assioma per la seconda volta, in quanto lo hanno già utilizzato una prima volta per terminare la dimostrazione.

2) Se si considera il caso in cui la resistenza termica viene inclusa nel sistema all’inizio, allora l’assioma non si può mai invocare, perché il bilancio termico del dispersore di calore rimane nullo in permanenza.

In definitiva, “completando” la dimostrazione lasciata incompleta dai teorici, il teorema di Carnot non è più dimostrabile.

Capitolo 7.7 – Conclusioni sulla versione classica del teorema di Carnot

Conclusivamente, i teorici “credono” di aver dimostrato la tesi del teorema di Carnot che essi desiderano, ma la loro è soltanto un’illusione.

Se invece fossero i matematici costruttivi ad occuparsi del teorema di Carnot, sono pronto a scommettere che essi concorderebbero nel ritenere che i vari errori di Logica contenuti nei ragionamenti rendono la dimostrazione dei teorici non condivisibile, e che essi non hanno dimostrato nulla circa il massimo rendimento teorico possibile di un motore termico che funziona tra due temperature.

Capitolo 8 – La reversibilità della conduzione di calore per l’uomo

Come si è visto, all’assioma è stata conferita una duplice valenza: non solo si è ritenuto che esso vieti l’esistenza di una macchina a Moto Perpetuo di seconda specie, ma si è ritenuto anche che la conduzione di calore sia un fenomeno naturale irreversibile come una immediata conseguenza dello stesso assioma.

La conduzione di calore è sicuramente sempre irreversibile per la Natura, ma ciò non è necessariamente vero per l’Uomo.

Infatti, se esistesse una macchina termica che funziona senza dispersore di calore (una macchina a moto perpetuo di seconda specie), un Ingegnere o un Fisico potrebbe usarla per invertire il fenomeno naturale della conduzione di calore, pur rispettando la definizione di reversibilità attualmente condivisa.

Nella seguente Figura 9 è illustrata la sequenza di operazioni che si potrebbe eseguire con una macchina a moto perpetuo di seconda Specie per invertire il fenomeno della conduzione di calore.

Fig. 9

Nella Figura 9 (SEC I), il corpo C è inizialmente in contatto con la sorgente calda, poi il corpo viene improvvisamente spostato nel dispersore di calore (SEC II) e quindi i verifica il fenomeno della conduzione di calore.

In seguito una macchina a Moto Perpetuo di Seconda Specie riscalda di nuovo il corpo C tramite un convertitore che trasforma il lavoro in calore (SEC III), il quale funziona per attrito viscoso (VFC). Questo tipo di attrito trasforma integralmente il lavoro in calore.

Quando il corpo C ha raggiunto di nuovo la temperatura della sorgente calda, può essere di nuovo messo in contatto con essa (SEC IV), e l’inversione è compiuta senza nulla alterare nel resto dell’universo.

Solo l’Uomo potrebbe realizzare l’inversione del fenomeno della conduzione di calore in questo modo; la Natura, infatti, non è in grado di creare la esatta contrapposizione di due macchine termiche contrapposte, tali da creare, nel complesso, una macchina a moto perpetuo di seconda specie.

Capitolo 9 – La versione moderna del secondo principio della termodinamica

Alcuni tra i più qualificati autori di libri di testo di termodinamica, seguono un metodo assai più elaborato, rispetto a quello classico dei Padri Fondatori, per giungere a spiegare agli studenti il principio di aumento dell’entropia.

Probabilmente, questi autori usano questo sofisticato sistema perché sono diventati consapevoli di alcune delle illogicità contenute nelle varie dimostrazioni classiche del teorema di Carnot.

Seguiamo, ad esempio, il procedimento usato da Mark W. Zemansky e Richard H. Dittman nel loro testo universitario intitolato “Heat and Thermodynamics”, Mc.Graw Hill Publishing Company, 1981.

Il metodo adottato da questi autori, per introdurre e spiegare il principio di aumento dell’entropia, è congegnato come segue:

Viene dapprima presentato (p. 147) l’assioma Kelvin-Planck:

“Nessun processo è possibile il cui unico risultato sia quello di assorbire calore da una sorgente e trasformare questo calore in lavoro.”

Viene poi introdotto (p. 153) un assioma attribuito a Clausius:

“Nessun processo è possibile il cui unico risultato sia quello di trasferire calore da un corpo freddo ad uno più caldo.”

Poniamo attenzione al fatto che questo non è esattamente l’assioma originariamente adottato da Clausius, che invece era:

“Il calore non può passare da un corpo freddo ad uno più caldo senza che qualche altro cambiamento, con esso connesso, si verifichi allo stesso tempo.”

Di seguito (p. 153) gli autori presentano un ragionamento che vorrebbe dimostrare che l’assioma Kelvin-Planck è equivalente a quello di quello di Clausius.

Nel successivo paragrafo 7-1 (p. 158), gli autori espongono il concetto degli “intorni locali” di un sistema, i quali sono costituiti da meccanismi e sorgenti di calore che interagiscono direttamente con il sistema; di seguito, essi cercano di dare la definizione di un’entità nota come “il resto dell’universo”, che comprenderebbe:

“Altri dispositivi meccanici e riserve di calore che sono accessibili e che potrebbero interagire con il sistema costituito dagli intorni locali del sistema – o, per meglio dire, il resto dell’universo”.

Sempre nel Capitolo 7-1 (p. 159), viene presentata la definizione di fenomeno reversibile:

“Un processo reversibile è uno tale che si svolge in modo tale che, alla conclusione del processo, sia il sistema che gli intorni locali possono essere ripristinati al loro stato iniziale, senza produrre alcun cambiamento nel resto dell’universo.”

Per essere più chiari, noi possiamo esplicitare questa proposizione come segue:

Analizzando con attenzione la sequenza di definizioni di cui sopra, risulta evidente che anche per questi autori la definizione di reversibilità scaturisce come una immediata conseguenza dell’assioma.

Questi autori, infatti, non ottengono la definizione di processo reversibile come una conseguenza di sviluppi teorici derivanti dall’assioma, ma introducono tale definizione prima di sviluppare tale teoria.

Infine gli autori presentano (p. 167) la dimostrazione per assurdo di un teorema che, se fosse valido, sarebbe propedeutico alla definizione della funzione Entropia.

Dato che l’obiezione che si sta per sollevare a questa dimostrazione è di tipo Logico, non è molto importante che il lettore del presente riassunto comprenda tutti i dettagli e i significati delle variabili matematiche coinvolte nel ragionamento degli autori; basterà che egli osservi che l’assioma viene utilizzato due volte di seguito nella dimostrazione.

Gli autori vorrebbero dimostrare la seguente tesi:

“Entrambi gli stati f₁ e f₂non possono essere raggiunti, partendo dal punto i, tramite processi reversibili adiabatici.”

Per dimostrare questa tesi utilizzando il principio del terzo escluso, gli autori formulano l’ipotesi opposta della tesi:

Entrambi gli stati f₁ e f₂possono essere raggiunti, partendo dal punto i, tramite processi reversibili adiabatici.”

Poi essi elaborano il ragionamento per assurdo che si conclude con la constatazione che l’ipotesi avanzata conduce ad una condizione che “…viola l’enunciato Kelvin-Planck.”.

Poiché, secondo gli autori, questa è una “assurdità”, essi concludono che l’ipotesi avanzata è impossibile, per cui deve essere vero l’opposto dell’ipotesi: la tesi deve essere vera.

Se ora analizziamo la sequenza di questi ragionamenti, ci rendiamo conto che l’assioma è stato usato due volte di seguito: è stato utilizzato (implicitamente) una prima volta per definire il processo adiabatico reversibile, ed è stato utilizzato (esplicitamente) una seconda volta per invocare l’assurdità, e quindi non è lecito proseguire in quel ragionamento invocando di nuovo lo stesso assioma per trarne una successiva deduzione.

Questo è un primo motivo per cui la dimostrazione di cui sopra non può essere ritenuta soddisfacente.

Tuttavia la nostra analisi critica sulla dimostrazione di cui sopra non è ancora terminata, perché è evidente che il ragionamento presentato dagli autori non è soddisfacente per un secondo motivo: è incompleto.

È vero che se fosse vera l’ipotesi allora l’assioma Kelvin-Planck sarebbe violato, ma gli autori hanno dimostrato che tale assioma è equivalente all’assioma di CLAUSIUS.

Dunque, l’ipotesi condurrebbe, in ultima analisi, a violare l’assioma di CLAUSIUS:

“Il calore non può passare da un corpo freddo ad uno più caldo senza che qualche altro cambiamento, con esso connesso, si verifichi allo stesso tempo.”

In definitiva, l’ipotesi determinerebbe il passaggio di calore da un corpo freddo ad uno più caldo senza alcuna compensazione.

Ma si può obiettare che gli autori non hanno preso in esame tutte le possibilità, e che il loro ragionamento si può completare come segue:

Se una quantità di calore è passata da un corpo freddo ad uno caldo, è possibile far tornare da solo tutto questo calore di nuovo al corpo freddo, per mezzo del fenomeno naturale della conduzione di calore.

Inserendo per un certo tempo tra corpo caldo e corpo freddo una “resistenza termica”, tutto il calore che fosse stato fatto transitare dal corpo freddo a quello caldo ritornerebbe indietro da solo verso quello freddo, e la situazione tornerebbe esattamente uguale a quella di partenza, “senza che qualche altro cambiamento, con esso connesso, si sia verificato allo stesso tempo” – l’assioma di CLAUSIUS non sarebbe più violato.

I teorici non possono affermare che non si può introdurre la resistenza termica perché ciò equivale a introdurre nel sistema una trasformazione irreversibile: userebbero l’assioma per una seconda volta.

L’assioma, infatti, è stato utilizzato una prima volta per terminare la dimostrazione, e quindi non è lecito proseguire in quel ragionamento invocando di nuovo lo stesso assioma per trarne una successiva deduzione; utilizzare più volte un medesimo assioma in un ragionamento consente la dimostrazione tautologica di qualunque proposizione.

In conclusione, non si può ritenere che con ragionamenti simili a quelli usati dagli autori si possadimostrare, con assoluta certezza, la tesi di un teorema fondamentale per l’intera teoria sul Secondo Principio della Termodinamica – teorema che, se fosse valido, sarebbe propedeutico alla dimostrazione dell’esistenza di una funzione chiamata Entropia, e al successivo Principio di Aumento dell’Entropia.

Capitolo 10 – Considerazioni generali

Riassumendo i concetti sopra esposti, si giunge alla conclusione che la teoria classica del Secondo Principio della Termodinamica non è altro che una costruzione tautologica ben camuffata che ha tratto in inganno generazioni di scienziati.

Possiamo trarre almeno una considerazione di carattere generale da tutto ciò che precede:

Dato che all’assioma è stato attribuito un duplice valore – non solo vieta l’esistenza di una macchina termica a moto perpetuo di seconda specie, ma dichiara anche che la conduzione di calore è una trasformazione “irreversibile” – allora tale assioma non può essere utilizzato in nessuna dimostrazione per assurdo di teoremi relativi al Secondo Principio della Termodinamica.

Infatti, tali dimostrazioni sono tutte sostanzialmente basate sull’ideazione di un sistema in cui del calore passa da un corpo freddo ad uno caldo senza alcuna compensazione, al fine di poter invocare l’assioma per stabilire che tale sistema non può esistere.

L’idea di introdurre nel sistema una resistenza termica per far tornare indietro da solo tutto il calore verso il corpo freddo è stata finora negata dai teorici, con l’argomento che l’introduzione della resistenza termica introdurrebbe nel sistema un fenomeno irreversibile.

In realtà, tale motivazione viene a cadere se si prende atto delle critiche espresse in precedenza.

Poiché non ci sono altri impedimenti all’introduzione di una resistenza termica, l’assioma resta in ogni circostanza una vuota petizione di principio, sempre inutile in qualsiasi dimostrazione per assurdo relativa al Secondo Principio della Termodinamica.

Le conseguenze che si possono trarre da queste riflessioni sono drammatiche per la fisica, o meglio lo sarebbero se la Comunità Scientifica manifestasse l’intenzione di prenderne atto.

Solo quando ciò dovesse accadere, si riconoscerebbe la necessità di abbandonare la teoria classica del Secondo Principio della Termodinamica. Si aprirebbe un vuoto che potrebbe essere colmato soltanto da qualche fisico-matematico razionalista; un teorico coraggioso, capace di rifondare il “vero” Secondo Principio della Termodinamica sulla base di ben altri assiomi.

La conseguenza più importante per l’umanità deriverebbe dalla impossibilità che i teorici incontrerebbero nel continuare a sostenere che sia impossibile realizzare una macchina termica che funziona anche se è priva di dispersore di calore (una Macchina a Moto Perpetuo di seconda specie).

Ma la parte maggioritaria della Comunità Scientifica non sembra avere intenzione di ammettere di aver sostenuto, per oltre 160 anni, un Principio fisico così devastante per il genere umano, senza accorgersi dei banali errori di Logica contenuti nella teoria di tale Principio.

Possiamo avere una prova evidente di tale atteggiamento retrivo, se constatiamo che in anni recenti (1988, 2000, 2004 e 2012) alcuni scienziati hanno ideato, costruito, brevettato e pubblicato studi relativi a macchine a moto perpetuo di seconda specie, o comunque dispositivi che evidenziano l’erroneità dell’assioma – studi dei quali la Comunità Scientifica non è stata in grado di prendere atto.

In realtà, la Comunità Scientifica ha creato da sola le condizioni per non essere in grado di prendere immediatamente atto di pubblicazioni scientifiche così straordinarie.

Esaminiamo, infatti, il comportamento che la Comunità Scientifica ha tenuto in occasione delle pubblicazioni sopra citate, prendendo ad esempio esemplare la pubblicazione del 1988: lo studio teorico e sperimentale che il fisico Cinese Xu Yelin ha condotto presso lo Institute of Biophysics , Chinese Academy of Sciences, Beijing – Istituto che ha pubblicato la sua memoria nel 1988 con il titolo:

“Esperimento e Studio per Ottenere Energia da una Singola Riserva di Calore a Temperatura Ambiente”

Figura 10 Copertina della memoria del fisico XuYelin

Link per il libro di Xu Yelin:

https://www.worldcat.org/title/cong-dan-yi-shi-wen-huan-jing-huo-de-neng-liang-de-shi-yan-yu-yan-jiu-trial-and-study-on-obtaining-energy-from-a-single-heat-reservoir-at-ambient-temperature/oclc/818931876

Il fatto che uno studio dal titolo così sconvolgente fosse stato pubblicato dall’Accademia Cinese, avrebbe dovuto rappresentare una garanzia di affidabilità per la Comunità Scientifica, ma non fu così.

La notizia che uno scienziato Cinese aveva inventato e costruito un dispositivo capace di produrre energia elettrica sfruttando il calore ambientale, fece il giro del mondo e fu riportata da quotidiani e da telegiornali.

Fortunosamente, riuscii ad ottenere una copia della pubblicazione e la feci esaminare da un professore universitario noto per la sua profonda conoscenza del Secondo Principio della Termodinamica, il quale classificò immediatamente come una bufala lo studio di Xu Yelin.

Non convinto del giudizio di questo esimio professore, scrissi un libro intitolato “Riflessioni sulla Potenza Motrice del Calore Ambientale – e sulle macchine idonee a sviluppare questa potenza”, nel quale riportavo, tra l’altro, ampi stralci della memoria di Xu Yelin.

Nessuna casa editrice volle pubblicare questo libro, basandosi su relazioni non firmate di “esperti”, i quali respingevano il mio lavoro sulla base di considerazioni risibili.

Nel 1993 aprii una attività editoriale chiamata Astrolabium, con il solo scopo di pubblicare (in Italiano) quel libro in formato cartaceo.

Astrolabium inviò una copia gratuita del libro a tutte le biblioteche universitarie d’Italia.

In anni successivi, numerose copie di questo libro furono vendute agli intervenuti di vari convegni sulle energie alternative ai quali venivo invitato come relatore. Complessivamente, furono vendute circa 300 copie del libro.

La rivista statunitense “Infinite Energy” pubblicò l’intero studio di Xu Yelin nel numero 37, Volume 7, 2001.

Molti anni più tardi, riassunsi i contenuti essenziali del mio studio sul Secondo Principio della termodinamica, compreso lo studio di Xu Yelin, esprimendoli nella relazione introduttiva del convegno: “Controversie su Termodinamica e Vita”, tenutosi il 15 dicembre 2008 presso l’Università Roma-Tre.

L’organizzatore del Convegno,Vincenzo Valenzi, si fece anche promotore della pubblicazione di quella mia relazione (tradotta in Inglese) nel sito del CIFA-ICEF (Comite International de Recerche et d’Etude de Facteurs de l’Ambiance).

Pertanto, la mia citata relazione si trova (dal 2011 fino al giorno d’oggi) nel sito web www.cifafondation.org sotto il pulsante CIFA News (n. 44, Jan-Jun 2011) con il titolo : “Reflections on the Second Principle of Thermodynamics”.

In occasione di quel convegno, distribuii gratuitamente a tutti gli intervenuti in sala un Compact Disk contente la mia relazione introduttiva e altri file di supporto, tra cui il rapporto di Xu Yelin.

Nel marzo 2013, la rivista Nexus New Times (edizione Italiana) pubblicava nella rubrica SCIENCE NEWS (p. 49) la notizia che Philip Hardcastle aveva realizzato un esperimento molto simile a quello di Xu Yelin, che dimostra l’erroneità dell’assioma di KELVIN; tale esperimento può essere ripetuto da chiunque, dato che fa uso di un tubo termoionico acquistabile in commercio.

Nel marzo 2019 ho di nuovo pubblicato come eBook sulla piattaforma internazionale di Amazon lo stesso libro pubblicato in forma cartacea nel 1993, però stavolta in lingua Inglese, con il titolo “Reflections on the Motive Power of the Environmental Heat – and on the engines suitable for producing this power”, nel quale è riportato, tra l’altro, lo studio di Xu Yelin.

Nel mese di Aprile 2019 ho pubblicato un altro eBook in due diverse lingue, il quale contiene, tra l’altro, un rapporto su un esperimento da me condotto sulla falsariga di quello di HARDACASTLE (citato in precedenza), che ha confermato la violazione dell’assioma di KELVIN.

I titoli di questi due libri sono “Libro Incompiuto sull’Energia dell’Ambiente” e “Unfinished Book on the Energy of the Evironment”.

Ciò premesso, quale è stata la reazione della Comunità Scientifica a fronte di questi fatti riguardanti la memoria di XuYelin?

Si può riassumere la risposta in poche parole: nessuna reazione, con una unica eccezione rappresentata da una memoria del fisico Leonardo Chiatti dal titolo:

“Has the second Law of Thermodynamics really been violated ?”.

Questa memoria è stata pubblicata da Cornell University Library, ed e rintracciabile al seguente indirizzo web:

https://arxiv.org/abs/physics/0702150

Con tale memoria, questo autore non ha contestato l’esito dell’esperimento di Xu Yelin, ovvero che la corrente elettrica percorra il resistore di carico, ma ha inquadrato l’esperimento nella categoria dei fenomeni in “equilibrio termico”.

In realtà, nell’esperimento di Xu Yelin non c’è alcun equilibrio termico, dato che il calore fluisce per conduzione (dovuto ad una differenza di temperatura) dall’ambiente verso la parte interna del dispositivo, poiché quest’ultima si raffredda da sola in quanto produce corrente elettrica.

Il fatto che la corrente elettrica attraversi il resistore di carico non violerebbe l’assioma, secondo CHIATTI, in quanto il sistema sarebbe in equilibrio termico; il Secondo Principio della Termodinamica sarebbe violato, secondo CHIATTI, solo se il sistema fosse in Equilibrio Termodinamico !

Come è evidente, l’interpretazione di CHIATTI non spiega da dove provenga l’energia che riscalda il resistore di carico !

Ma quali sono i motivi per cui la Comunità Scientifica non ha potuto recepire il messaggio che da più parti le pioveva addosso circa l’esperimento di Xu Yelin?

In tale occasione, la Comunità Scientifica siè comportata come i filosofi Peripatetici, i quali, a fronte di esperimenti che mostravano che la Natura non si comportava secondo la filosofia Aristotelica, rigettavano il valore dell’esperienza.

Questi fatti fanno ritenere assai vana la speranza che la Comunità Scientifica voglia prendere spontaneamente atto di quanto è riportato nel presente riassunto; seppure esso fosse letto da alcuni di essi che condividessero le critiche qui espresse, non le esternerebbero ad altri colleghi e farebbero finta che il presente documento non esista.

Si è detto in precedenza che è stata Comunità Scientifica a creare le condizioni per privarsi della opportunità di prendere immediatamente atto di lavori scientifici che mettono indiscussione teorie consolidate.

Infatti, la Comunità Scientificaha preso l’abitudine di non leggere, ma soprattutto di non prendere sul serio, articoli o memorie non soggette al processo di Revisione Paritaria, proprio come quella che state leggendo !

Questo atteggiamento ritarda di anni, e in qualche caso di secoli, i benefici che tali lavori possono apportare alla scienza e al genere umano.

Capitolo 11 – Il processo di revisione paritaria

Gli Editori scientifici che sono apprezzati dagli scienziati, sono quelli che sottopongono al Processo di Revisione Paritaria i lavori ricevuti con richiesta di pubblicazione.

Questo processo è stato istituito per evitare la pubblicazione di lavori contenenti errori commessi dagli autori, oppure articoli contenenti frodi scientifiche.

Il compito di valutare i lavori scientifici viene affidato ad alcuni Revisori, i quali sono alcuni membri della Comunità Scientifica che sono ritenuti molto esperti ed apprezzati nel campo scientifico relativo ai lavori da giudicare.

Essi, pertanto, sono considerati “pari” (dal punto di vista scientifico) rispetto agli autori speranzosi di ottenere la pubblicazione di un lavoro. È per questo motivo che tale processo di selezione degli articoli degni di essere pubblicati è chiamato “Processo di Revisione Paritaria”.

Dunque, questi grandi esperti di un settore della Scienza, nel quale sono diventati così famosi da essere pagati come Revisori, devono stabilire se un nuovo lavoro scientifico può essere pubblicato o meno.

Da tempo, però, è in atto un dibattito sull’efficacia del processo di revisione paritaria, dato che molti scienziati non sono affatto soddisfatti di come funziona questo sistema.

Un notevole articolo su questo tema è stato di recente pubblicato dalla rivista Nexus New Times (Edizione Italiana Nr. 135 – Vol. 4 Settembre-Ottobre 2018). L’articolo è intitolato “Il Fallimento della Revisione Paritaria in Medicina”, a firma di Brendan D. Murphy

THE FAILURE OF PEER REVIEW—ESPECIALLY IN MEDICINE

L’articolo di MURPHY riporta una serie di fatti incredibili, supportati da 25 citazioni bibliografiche riguardanti il cattivo funzionamento del sistema attualmente in vigore di Revisione Paritaria. Ne riportiamo soltanto una a titolo di esempio: (Richard Horton, “Genetically modified food; Consternation, confusion and crack-up”, editoriale ospite in The Medical Journal of Australia, 172 (4), 2000).

La citazione di MURPHY di Richard Horton, editore della rivista The Lancet, è la seguente:

“L’errore, certamente, è aver pensato che la revisione paritaria non sia altro che un rozzo strumento per scoprire l’accettabilità – non la validità – di una nuova scoperta… Presentiamo al pubblico la revisione paritaria come un processo quasi sacro che contribuisce a fare della scienza il nostro più obiettivo oracolo della verità. Ma noi sappiamo che il sistema della revisione paritaria è prevenuto, ingiusto, inaffidabile, incompleto, facilone, spesso offensivo, normalmente ignorante, talvolta folle e frequentemente sbagliato.”

A fronte di tutto questo è lecito chiedersi: che succede se il nuovo lavoro che deve essere valutato va a sconvolgere il settore scientifico nel quale questi Revisori eccellono ?

Succede che questi grandi esperti entrano in conflitto di interesse: Se il nuovo e sconvolgente lavoro fosse pubblicato, essi rischierebbero diperdere lo status, e con esso gli incarichi retribuiti di Revisori scientifici.

Se a ciò si aggiunge che i Revisori possono essere oggetto di pressioni finalizzate ad orientare la scienza in una determinata direzione, e che il giudizio dei revisori è protetto dall’anonimato, si può comprendere come diventi altamente probabile che questo nuovo e sconvolgente lavoro non sia ritenuto valido e non venga pubblicato dal prestigioso editore; seppure fosse pubblicato da editori non qualificati, la Comunità Scientifica non ne terrebbe conto, data l’abitudine degli scienziati di prendere sul serio solo ciò che è stato sottoposto al processo di Revisione Paritaria.

Il nuovo e sconvolgente lavoro scientifico sarebbe così considerato “non scientifico” da parte della Comunità Scientifica, e quindi a maggior ragione da parte di tutti, al pari di lavori errati o fraudolenti.

Con tali premesse, Voi che state leggendo il presente riassunto, pensate per caso che esso potrebbe essere pubblicato da un Editore qualificato ?

Se lo pensate, allora siete sicuri che la Comunità Scientifica leggerà, prima o poi, un lavoro scritto dall’autore sull’erroneità del Secondo Principio della Termodinamica, e cambierà prontamente opinione, con tutte le conseguenze positive che questo fatto comporterà per tutti.

Se invece non credete che tutto questo possa accadere, allora potreste fare qualcosa affinché si verifichino le conseguenze positive che sono state descritte in precedenza.

Capitolo 12 – Ma cosa potreste fare ?

All’inizio di questo riassunto si è detto che una Comunità di Cittadini intenzionata a contrastare il riscaldamento globale, dovrebbe prendere atto dell’erroneità dell’attuale versione del Secondo Principio della Termodinamica.

Ma poi, una volta che gli argomenti sopra esposti avessero convinto gruppi di cittadini di questa erroneità, cosa potrebbero essi fare per contrastare il riscaldamento globale ?

Esiste praticamente un solo modo per ottenere questo risultato: cercare il sistema di convincere la Comunità Scientifica a prendere atto dell’erroneità dell’attuale versione del Secondo Principio della Termodinamica; un compito difficile (ma non impossibile), dato che quasi tutti gli uomini di scienza sono fermamente convinti della validità di tale Principio.

Ciò che una Comunità di Cittadini potrebbe fare, dipende dal livello e dal ruolo che i suoi membri rivestono nella Società. Qualche comunità può avere membri che fanno parte della politica, della scienza, o sono membri della scuola di secondo livello o universitario (insegnanti e studenti), e così via.

Ad esempio, studenti di liceo o di università potrebbero chiedere agli insegnanti di fisica di ripetere, nei laboratori di istituto, l’esperimento descritto in precedenza, per verificare la non generalità dell’assioma di KELVIN.

In ogni caso, qualunque iniziativa dovrebbe essere finalizzata ad ottenere un unico risultato:

Creare le condizioni affinché una Autorità dello Stato richieda a uno o più esponenti della Comunità Scientifica di pronunciarsi sulle critiche al Secondo Principio della Termodinamica espresse dall’autore del presente riassunto, mediante una relazione sottoscritta che potrebbe essere utilizzata in ogni sede istituzionale.

Inizierebbe così un dibattito che potrebbe portare la Comunità Scientifica alla decisione di fare ciò che in 160 anni non si è mai fatto: sottoporre il Secondo Principio della Termodinamica ad un esperimento cruciale: un Experimentum Crucis.

Infatti è vero che esiste un Secondo Principio della Termodinamica, ma quello che al giorno d’oggi è condiviso dalla Comunità Scientifica non è quello giusto !