Three abstracts

Network methods for nonequilibrium thermodynamics

Ever since Einstein’s description of Brownian motion, the mathematics of Markovian stochastic processes proved a crucial paradigm for the understanding of the behaviour of open systems interacting with a large (and thus memory-less) environment. When such processes occur on an intrinsically discrete configuration space, the topology of the network of possible transitions furnishes important insights about the nature of nonequilibrium processes. In this talk I will 1) trace the conceptual path that leads from the abstraction of open systems to the mathematics of Markov processes on networks, 2) mention some of the major findings that are novel with respect to textbook thermodynamics, 3) outline some recent developments regarding the role of an ideal observer who only has partial information about the system.

Effective thermodynamics for a marginal observer

Thermodynamic modeling often presumes that the observer has complete information about the system she or he deals with: no parasitic current, exact evaluation of the forces needed to drive the system out of equilibrium. However, most often the observer only measures marginal information. How is she or he to make consistent thermodynamic claims? Disregarding sources of dissipation might lead to untenable claims, such as the possibility of perpetuum mobile. Basing on the tenets of Stochastic Thermodynamics, we show that for such an observer it is nevertheless possible to produce an effective description that does not dispense with the fundamentals of thermodynamics: the 2nd Law, the Fluctuation-Dissipation paradigm, and the more recent and encompassing Fluctuation Theorem.

Verso un approccio sistemico e sistematico alla termodinamica di nonequilibrio

Ancora oggi, a duecento anni dalla sua nascita, la termodinamica è un collage di modelli, formule, principi fondamentali e leggi empiriche. In questo calderone è facile usare le stesse parole per concetti diversi, o parole diverse per lo stesso concetto, rendendo il terreno fertile per confusioni e paradossi. Non a caso, è tra le più temute tra le materie di studio per fisici e ingegneri. Vi sono enormi distanze tra l’insegnamento della termodinamica, perlopiù ancorato agli stilemi ottocenteschi, la ricerca applicata all’efficientamento energetico, e la concettualizzazione teorica dei suoi principi fondamentali. In questo seminario vorrei ridiscutere alcuni concetti di base: cosa vuol dire essere all’equilibrio o fuori dall’equilibrio, qual è la differenza sostanziale tra una “funzione di stato” e un “differenziale inesatto” e perché dovremmo interessarcene, qual è il ruolo dell’osservatore, in che senso la termodinamica è una “metascienza” – una gnoseologia dell’ignoranza. In questo percorso arriverò a sfatare alcuni miti ricorrenti, a partire dalla formulazione della seconda legge come “aumento di entropia dell’universo”, e a rileggere la storia della termodinamica con occhio critico. Infine, presenterò brevemente un approccio teorico che è matematicamente rigoroso e fisicamente consistente con questa impalcatura osservativa, chiamato talvolta “termodinamica stocastica”.

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