Dato che all’equilibrio, per un sistema chiuso, l’entropia assume il suo valore massimo compatibile con i valori delle grandezze termodinamiche del sistema, e che una volta raggiunto l’equilibrio cessa qualunque evoluzione macroscopica, allora la generazione di entropia cui ci si riferisce e’ quella avvenuta a seguito del raggiungimento dell’equilibrio, quindi la generazione di entropia dovuta al cambiamento da uno stato iniziale di non equilibrio ad uno finale di equilibrio.
L’entropia possiede un’interpretazione microscopia affascinante che è quello di grado di misura del disordine. In fisica un certo stato macroscopico è tanto più disordinato quanto più sono numerosi gli stati microscopici relativi a quello stato macroscopico. Se posseggo dieci palline identiche (ma distinguibili) e dieci sacchetti identici (ma distinguibili), lo stato macroscopico in cui le dieci palline sono nello stesso sacchetto può essere realizzato solo in 10 modi (tutte le palline nel primo sacchetto, oppure tutte le palline nel secondo sacchetto, e così via); lo stato macroscopico in cui ho nove palline in un sacchetto e una in un altro può essere realizzato in 900 modi (una pallina nel primo e nove nel secondo, una nel primo e nove nel terzo, e così via, inoltre bisogna tenere conto che possono scegliere una qualunque tra le dieci palline da sistemare isolata dalle altre) e quindi è più disordinato del precedente; lo stato macroscopico in cui ho una pallina per ogni sacchetto può essere realizzato in 10!=3628800 modi diversi ed è il più disordinato tra quelli possibili per questo sistema.
Dato che un sistema raggiunge l’equilibrio massimizzando l’entropia (e quindi il disordine), questo significa che qualunque altro stato di quel sistema, in particolare quello di partenza e tutti quelli attraversati nel raggiungimento dell’equilibrio, sono meno entropici e quindi più ordinati di quello finale di equilibrio. In un sistema chiuso non c’è scambio di materia o energia, quindi le grandezze estensive non cambiano. In queste condizioni stato più ordinato significa presenza di disomogeneità nella distribuzione spaziale dell’energia, che si manifesta come disomogeneità spaziali di uno o più parametri intensivi (temperatura, densità, pressione, polarizzazione elettrica, etc). Nell’esempio fatto prima lo stato maggiormente ordinato presenta una schiacciante maggioranza di palline in un sacchetto a discapito degli altri. La disomogeneità nei parametri intensivi innesca un movimento di energia (eventualmente accompagnato da un movimento di materia) che spontaneamente tende a omogeneizzare i valori dei parametri intensivi. Per esempio tra oggetti con temperature diverse si innesca un flusso di calore che raffredda quelli più caldi e riscalda quelli più freddi fino al raggiungimento di una temperatura comune, differenze di pressione o di densità in un fluido generano correnti di materia (ad esempio i venti nell’atmosfera) che cessano solo quando la pressione o la densità sono omogenee.
A livello macroscopico, o anche microscopico ma limitato allo studio meccanico dei costituenti, ognuno di questi fenomeni di trasporto ha una sua causa ben precisa, eventualmente differente a seconda del tipo di disomogeneità che si analizza. Invece a livello microscopico, analizzando il comportamento del disordine, tutti questi flussi di energia hanno una semplice giustificazione probabilistica: sappiamo che in qualunque oggetto a temperatura non nulla i costituenti microscopici si muovono in maniera casuale con una variabilità tanto più alta quanto più è alta la temperatura, ma laddove l’energia è più concentrata saranno più numerosi i moti che sottraggono energia da quella zona piuttosto che quelli che apportano energia, al contrario accade nelle zone del sistema dove l’energia è meno concentrata. Tra due oggetti a temperatura diversa, a livello microscopico, avvengono urti elastici continui tra gli atomi dei due corpi, urti che comportano microscopici scambi di energia, tra questi urti ce ne saranno alcuni che fanno passare una energia dal corpo caldo a quello freddo come ci saranno anche altri che trasmettono l’energia in verso opposto, ma il corpo più caldo avrà gli atomi mediamenti più veloci e quindi, per motivi puramente probabilistici, saranno molto più numerosi gli urti che fanno passare l’energia dal corpo caldo a quello freddo che non viceversa, quando le due temperature saranno uguali gli scambi di energia tramite questi urti si equilibreranno e le due temperature resteranno immutate. In un recipiente diviso in due parti uguali, dove una delle porzioni contiene gas più denso, ci saranno moti casuali che faranno passare atomi dalla zona con maggiore densità a quella con minore densità come anche ci saranno moti casuali che portano atomi dalla zona meno densa a quella più densa, ma non essendoci lo stesso numero di atomi nelle due zone saranno molti di più gli atomi che si spostano dalla zona più densa a quella meno densa che non viceversa e quindi le due densità tenderanno a raggiungere lo stesso valore. Discorsi analoghi, sempre basati su un’analisi probabilistica possono essere fatti per tutte le situazioni di disomogeneità spaziale. In definitiva, per motivi probabilistici, i moti puramente casuali, non guidati singolarmente, dei costituenti microscopici riducono progressivamente l’ordine del sistema fino a raggiungere il disordine massimo possibile. La produzione di entropia durante questi processi ha proprio questo significato dal punto di vista microscopico: il progressivo abbandono dell’ordine, della disomogeneità per raggiungere stati sempre più omogenei e disordinati.