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martedì 31 gennaio 2017

Siamo tutti esseri vuoti

Per il post di oggi prendo spunto da una chicca trovata sull'interessantissima pagina Facebook Curiosità Scientifiche.

Gli atomi sono al 99.9999999% spazio vuoto.
Se si potesse rimuovere, l'intero genere umano starebbe in una zolletta di zucchero.
Seguono due link per approfondire. Il primo rimanda all'articolo Top 4 Bonkers things about the universe (Le quattro cose più pazzesche sull'universo) pubblicato su physics.org, nel quale il divulgatore scientifico Marcus Chown accenna ad alcuni temi esposti nel suo libro We Need to Talk About Kelvin: What Everyday Things Tell Us About the Universe. L'argomento di cui sopra è trattato al punto 3 dell'articolo.
Si potrebbe far stare l'intera razza umana nel volume di una zolletta di zucchero. Questo perché la materia è incredibilmente, sbalorditivamente vuota. Un atomo è come un sistema solare in miniatura, con un nucleo compatto che ricopre il ruolo di un Sole orbitato da elettroni come pianeti. Ma il nucleo è incredibilmente piccolo rispetto alle orbite degli elettroni. Tom Stoppard, il drammaturgo, ha escogitato l'immagine migliore. Ha detto che, se il nucleo è come l'altare della cattedrale di St Paul, un elettrone è come una falena nella cattedrale, un istante vicina all'altare, quello successivo vicina alla cupola. Immagina di spremere tutto lo spazio fuori da un atomo. Bene, se facessi questo a tutti gli atomi di tutte le persone nel mondo, potresti di fatto far stare l'intero genere umano nel volume di una zolletta di zucchero.
[Le altre tre cose pazzesche, per approfondire le quali ti rimando all'articolo qualora fossi interessato, sono «Se il sole fosse fatto di banane, non farebbe molta differenza», «Il 98% dell'universo è invisibile» (mai sentito parlare di materia oscura e di energia oscura?) e «Là fuori nell'universo c'è un numero infinito di copie di te che stai leggendo e un numero infinito di copie delle mie Quattro Cose Più Pazzesche Sull'Universo» (qui Chown fa del suo meglio per rendere comprensibile un concetto non proprio intuitivo)]
Il secondo link punta a un articolo di Ali Sundermier pubblicato su ScienceAlert, dal titolo 99.9999999% of your body is empty space (Il 99,9999999% del tuo corpo è spazio vuoto), che affronta la questione in maniera un po' più dettagliata... non senza un pizzico d'ironia.
Certi giorni ti potresti sentire una persona piuttosto di sostanza. Magari hai un sacco di amici, o un lavoro importante, o un'auto veramente grossa.
Ma potrebbe ridimensionarti sapere che tutte queste cose – i tuoi amici, il tuo ufficio, la tua auto veramente grossa, tu stesso, e anche tutto ciò che si trova in questo incredibile, vasto Universo – sono quasi interamente, al 99,9999999%, spazio vuoto.
La situazione è questa. Come ho già scritto in un articolo per la pubblicazione di fisica delle particelle Symmetry, la dimensione di un atomo è governata dalla posizione media dei suoi elettroni: quanto spazio c'è tra il nucleo e il guscio esterno amorfo dell'atomo.
I nuclei sono circa centomila volte più piccoli rispetto agli atomi nei quali sono alloggiati.
Se il nucleo avesse le dimensioni di una nocciolina, l'atomo avrebbe all'incirca le dimensioni di uno stadio di baseball. Se perdessimo tutto lo spazio vuoto all'interno dei nostri atomi, ciascuno di noi potrebbe stare dentro una particella di polvere, e l'intero genere umano starebbe nel volume di una zolletta di zucchero.
Allora da dove proviene tutta la nostra massa?
Energia! Ad un livello piuttosto elementare, siamo tutti fatti di atomi, i quali sono fatti di elettroni, protoni e neutroni.
E ad un livello ancora più elementare, o forse il livello più elementare in assoluto, quei protoni e neutroni, i quali costituiscono la maggior parte della nostra massa, sono formati da un trio di particelle fondamentali chiamate quark.
Ma, come ho spiegato in Symmetry, la massa di questi quark rappresenta solo una piccola percentuale della massa dei protoni e dei neutroni. E i gluoni, che tengono insieme questi quark, sono completamente privi di massa.
Molti scienziati ritengono che quasi tutta la massa del nostro corpo derivi dall'energia cinetica dei quark e dall'energia di legame dei gluoni.
Quindi, se tutti gli atomi dell'Universo sono quasi interamente vuoti, come mai qualsiasi cosa la sentiamo solida?
L'idea di atomi vuoti che si raggruppano insieme, compongono i nostri corpi e gli edifici e gli alberi potrebbe disorientare un po'.
Se i nostri atomi sono per lo più spazio vuoto, perché non possiamo passare attraverso le cose come strane persone fantasma in uno strano mondo fantasma? Perché le nostre auto non cadono attraverso la strada, attraverso il centro della terra, fino all'altro lato del pianeta? Perché le nostre mani non scivolano attraverso altre mani quando diamo il cinque?
È il momento di riesaminare quello che intendiamo per spazio vuoto. Perché, come scopriremo, lo spazio non è mai veramente vuoto. In realtà è pieno di una quantità di roba buona, comprese funzioni d'onda e campi quantistici invisibili.
Puoi pensare allo spazio vuoto in un atomo come potresti pensare a un ventilatore elettrico con pale rotanti. Quando il ventilatore non è in movimento, puoi dire che un sacco di quello che c'è dentro quel ventilatore è spazio vuoto. Puoi infilare in modo sicuro la mano nello spazio tra le pale e muovere le dita nel nulla.
Ma quando quel ventilatore è acceso è tutta un'altra storia. Se sei abbastanza stupido da mettere la mano in quello "spazio vuoto", le pale inevitabilmente gireranno e ci sbatteranno contro... inesorabilmente.
Tecnicamente gli elettroni sono puntiformi, il che significa che non hanno volume. Ma hanno una cosa che si chiama funzione d'onda e che occupa un bel pezzo dell'atomo.
E poiché alla meccanica quantistica piace essere strana e confusa, l'elettrone privo di volume in qualche modo si trova simultaneamente ovunque in quella parte di spazio.
Le pale del ventilatore sono simili agli elettroni che sfrecciano intorno all'atomo, occupando porzioni di spazio con le loro funzioni d'onda. Si tratta di un doloroso promemoria del fatto che quello che potrebbe sembrare spazio vuoto possiamo percepirlo come abbastanza solido.
Non hai mai toccato veramente qualcosa nella tua vita.
Sei seduto per questo? Beh, non lo sei davvero. Il tuo sedere non sta realmente toccando la sedia sulla quale sei seduto. Dal momento che il nocciolo dei tuoi atomi è confinato nei nuclei, quando "tocchi" qualcuno (o qualcosa), non stai effettivamente sentendo i suoi atomi.
Quello che senti è la forza elettromagnetica dei tuoi elettroni che spinge via i suoi elettroni.
Ad un livello molto, molto tecnico, in effetti non sei seduto su quella sedia. Sei sempre leggermente in bilico sopra di essa.
Quindi, per concludere: il tuo importantissimo corpo umano è in realtà solo una sorta di, in un certo senso, ingannevole collezione di spazi vuoti su un pianeta vuoto in un Universo vuoto. Ma almeno hai una grossa auto.

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