Nella conoscenza comune il concetto di equilibrio si riferisce a un sistema macroscopico in cui "nulla cambi", cioè nessuna grandezza fisica che caratterizzi il sistema subisca delle variazioni. Questo concetto non tiene conto che i sistemi macroscopici sono un insieme di un numero grandissimo di sistemi microscopici (molecole, atomi, nuclei, particelle elementari, quark) che variano continuamente il loro stato. Le grandezze che definiscono il sistema macroscopico (temperatura, pressione,...) sono delle medie fatte su grandezze che caratterizzano i sistemi microscopici, tali medie devono essere effettuate su volumi abbastanza grandi da contenere un grande numero di sistemi microscopici e su intervalli di tempo lunghi rispetto ai tempi in cui possono avvenire un gran numero di interazioni tra i sistemi microscopici.

Noi distinguiamo tra stato stazionario definito come uno stato in cui i parametri di stato del sistema non variano nel tempo, e stato di equilibrio. Quest'ultimo è un caso particolare di stato stazionario ma non sempre lo stato stazionario è anche di equilibrio. Una stufa elettrica percorsa da corrente in una stanza molto grande, dopo un po' di tempo si trova in uno stato stazionario ma che non è di equilibrio.

Affinché si realizzi uno stato stazionario di non equilibrio, è necessario che il sistema NON sia isolato. Un sistema isolato, cioè che non può interagire con altri sistemi, raggiunge dopo un certo tempo, uno stato di equilibrio (che è ovviamente stazionario).

Il disequilibrio descrive uno stato di relazione tra due sistemi, o tra sottoinsiemi di uno stesso sistema, che interagendo modificano il proprio stato.

In natura il disequilibrio è la regola.

Noi vediamo le cose perché sono in disequilibrio. Se tutti gli oggetti davanti a noi fossero in completo equilibrio termodinamico e in equilibrio tra loro (alla stessa temperatura) non potremmo distinguerli.

Tornando alla lettera della domanda si può notare anche che il concetto di equilibrio per un sistema macroscopico presuppone operazioni di media sulle grandezze microscopiche, come precedentemente indicato.

La scala di tempo e di spazio in cui fare le medie (per poter verificare che esse sono costanti come richiede il concetto di equilibrio o di SS) non possono essere piccole a piacere. Se il volume e il tempo sono troppo piccoli, inevitabilmente emerge la natura microscopica del sistema. Ciò significa che le fluttuazioni diventano dominanti. Quindi in step temporali (o spaziali) infinitesimi mi accorgo sempre di più di un non equilibrio al contrario della speranza dell'interlocutore.

Antonio Saggion
Dipartimento di Fisica Galileo Galilei
Università di Padova