La caratteristica primaria della materia è il vuoto

La caratteristica primaria della materia è il vuoto

Diamoci un'occhiata intorno. Vedremo un mondo pieno di cose. Tavoli, sedie, il pavimento, una tazza di caffè, scarpe, biciclette, oggetti. La maggioranza di noi pensa distrattamente al mondo come uno spazio pieno di cose di questo genere, che si possano leggere o urtare con il piede, o sulle quali ci si può sedere. Ma quanta parte del nostro mondo è davvero fatta di oggetti che possiamo vedere? Si pensi all'aria che respiriamo. È invisibile, eppure è lì, anche se lo sperimentiamo solo in una maniera in un certo senso indiretta, quando il nostro petto si espande e si contrae e il nostro respiro sibila passando per il setto nasale.

I limiti della nostra vista non permettono di osservare piccole molecole di azoto e ossigeno presenti nell'aria, mentre la stessa limitatezza ci permette di guardare i corpi più densi che ci circondano.

Il mondo visibile non rappresenta tutto quello che c'è nell'Universo. Se ci affidiamo solamente agli occhi per sapere cosa c'è là fuori, finirà per sfuggirci una parte importante. Anche se questo concetto potrebbe sembrare ovvio, vale la pena tenere bene a mente che, proprio come non possiamo vedere l'aria, non possiamo vedere neanche gran parte dell'Universo. In effetti, negli ultimi decenni diverse prove ci hanno fatto giungere alla conclusione che circa il 95% della massa ed energia del nostro Universo esiste in qualche forma invisibile, nascosta al punto da sfuggirci quasi completamente.

L'idea di vuoto è stata discussa dai migliori pensatori nell'arco di più di 2000 anni ed è tuttora materia di ricerca. Già Aristotele, infatti, discutendo il concetto di spazio, si convinse che il vuoto non poteva esistere. Nel suo modello cosmologico tutto l'universo è riempito da un materiale ("etere") perfettamente trasparente e privo di attrito. Il moto dei pianeti avviene, secondo lui, grazie al moto delle sfere di etere su cui essi si trovano. Il moto nel vuoto è ritenuto impossibile: "la natura aborre il vuoto". Bisogna arrivare al 1600 perché l'esistenza del vuoto venga presa in considerazione, sia dal punto di vista filosofico che scientifico-tecnologico. Il primo spazio vuoto venne realizzato da un allievo di Galilei, Evangelista Torricelli: costruendo il barometro a mercurio che oggi porta il suo nome, osservò la formazione di uno spazio che poteva essere considerato quasi completamente privo di materia. Si svilupparono poi pompe da vuoto, utilizzate sia per la ricerca che per spettacolarizzare gli effetti del "vuoto": celeberrima rimane l'esibizione di Magdemburgo, alla fine del 1600, quando, dopo avere tolto gran parte dell'aria dall'interno di due semisfere poste a contatto, si mostrò alla cittadinanza come non fosse possibile staccarle nemmeno facendole tirare da due quadriglie di cavalli.

Ma cosa sappiamo oggi del vuoto? Manteniamo per ora il concetto più intuitivo di vuoto, ovvero l'assenza di materia e vediamo cosa può accadere nello spazio vuoto e cosa no:

Due masse si attraggono (grazie alla forza di gravità) anche quando sono poste

nel vuoto. Anche due cariche elettriche poste nel vuoto si attraggono o si respingono:

la forza di Coulomb non necessita di materia per potersi verificare.

Al contrario di quanto pensava Aristotele, può esserci moto nel vuoto. Un corpo

abbandonato a se stesso con una certa velocità nello spazio privo di materia proseguirà il suo

viaggio mantenendo sempre la stessa velocità.

Anche la luce può propagarsi nel vuoto: è grazie a questa proprietà che possiamo vedere le Stelle, essere illuminati e riscaldati dal Sole e quindi vivere sulla Terra

Dove troviamo il vuoto? Se vogliamo guardare lontano, diremo nello spazio interstellare (probabilmente), ma se vogliamo rimanere vicino, possiamo pensare che l'acqua che beviamo è composta più di vuoto che di materia. Ogni molecola d'acqua è fatta da due atomi di idrogeno e uno di ossigeno, ciascuno formato da un nucleo attorno al quale sono distribuiti secondo un preciso criterio gli elettroni. Questa è la visione più o meno corretta della realtà microscopica che ci circonda: quasi sempre ci dimentichiamo però che in rapporto alle dimensioni del nucleo stesso, la distanza che separa questo dagli elettroni è immensa. Questo accade anche se consideriamo le distanze tra gli atomi che compongono un corpo: non troveremo mai uno spazio completamente pieno, proprio perché gli atomi sono incredibilmente vuoti.

Era il 1912 quando Rutherford bombardando con particelle α un sottile foglio di oro, ottenne un risultato sorprendente che evidenzia l'enorme spazio vuoto dell'atomo. La teoria che descrive la struttura atomica si chiama anche planetaria perché  lo si paragona alla distribuzione dei pianeti intorno al Sole e delle stelle nelle galassie. Anche la caratteristica del vuoto atomico può essere estesa a quello dello spazio. L'Universo è quasi ovunque vuoto ed è semmai la materia che ora costituisce l'eccezione: sarebbe meglio dire che l'Universo è apparentemente vuoto e a questo proposito molti scienziati da circa settant'anni stanno cercando di spiegare il mistero di materia ed energia "oscura".

Uno dei risultati più straordinari della fisica del microcosmo è l'avere scoperto che lo spazio vuoto non è affatto vuoto: appare tale solo perché la creazione e la distruzione incessante di particelle ed altre strane entità si verifica in esso su intervalli temporali brevissimi e tali comunque da non lasciare allo sperimentatore il tempo materiale per la loro rilevazione. Questo è il campo di lavoro della Meccanica Quantistica, scienza contemporanea in continua evoluzione, che ha portato alla luce un numero notevole di piccole entità apparentemente insignificanti, ma che giustificano l'esistenza della materia stessa.

Infatti anche il nucleo a sua volta è formato da piccole particelle subnucleari di dimensioni più piccole dello stesso nucleo; ciò rende la caratteristica del vuoto una regolarità nel creato permeando la materia dal livello nucleare a quello cosmico.

Tutto ciò non fa altro che giustificare la teoria dell'immane esplosione (Big Bang) che ha dato origine al nostro Universo in continua espansione, da un "uovo" cosmico che racchiudeva in se tutta la materia e l'energia della sfera celeste.