Atomi e dintorni
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Anteprima del libro
Atomi e dintorni - Marco Turazza
Atomi e dintorni
Marco Turazza
Copyright© Officine Editoriali 2015
Prima edizione eBook Luglio 2015
Tutti i diritti riservati.
Il presente file può essere usato esclusivamente per finalità di carattere personale. Tutti i contenuti sono protetti dalla legge sul diritti d’autore. Officine Editoriali declina ogni responsabilità per ogni utilizzo del file non previsto dalla legge. È vietata qualsiasi duplicazione del presente ebook.
ISBN 978-88-98041-57-2
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Ebook by: Officine Editoriali
Foto di copertina: Atom Icon di Digitalart
Elaborazione grafica copertina:
Officine Editoriali
SOMMARIO
Prefazione
Tutto inizia col Big Bang
I filosofi antichi
La fisica moderna
J. Dalton
J. J. Thomson
E. Rutherford
M. Plank
A. Einstein
N. Bohr
E. Schrödinger
J. Chadwick
W. Heisenberg
D. Mendeleev
I quark
La teoria delle stringhe
Il CERN
Com'è fatto l'atomo
L'atomo e l'Universo
Appendici
I buchi neri
L'Effetto Doppler e il redshift
La luce
La forza di gravita' – Newton ed Einstein
Il Principio Cosmologico
La radiazione cosmica di fondo
La massa e il peso
La fusione nucleare
Il principio della conservazione della massa e dell'energia
La massa atomica e gli isotopi
L'inerzia, l'accelerazione e la forza centrifuga
Il dualismo onda particella e il gatto di Schrödinger
Cronologia biografica
Premi Nobel
Bibliografia
PREFAZIONE
Tutta la materia è composta di atomi. E tutti gli atomi sono composti di protoni, neutroni ed elettroni. Queste particelle si sono formate nel momento stesso in cui è nato l'Universo. Da allora nulla si è creato e nulla si è distrutto, ma le particelle si sono unite in modi diversi fino ad arrivare a costituire tutto ciò che esiste oggi.
Qui cercheremo di raccontare la storia degli atomi: come sono nati, come si sono trasformati, come hanno formato tutte le cose e come l'uomo li ha studiati nel tentativo, non ancora ultimato, di capirli e di estrapolarne l'essenza. Vedremo anche come sono fatti, come funzionano, come reagiscono e ne analizzeremo la fisica che li governa. Il tutto in modo discorsivo e senza matematica, nel tentativo di comprendere, per quanto possibile, i misteri della natura.
Tutti coloro che desiderassero saperne di più su concetti e teorie accennate, troveranno degli approfondimenti nelle appendici.
Queste sono indipendenti, nel senso che non è necessario leggerle in sequenza, ma ognuna tratta uno specifico argomento. È possibile, quindi, leggere solo le appendici di proprio interesse, senza la necessità di un background di conoscenze fisiche o matematiche.
Ma ora bando alle ciance ... si comincia!!!
TUTTO INIZIA COL BIG BANG
Tutto inizia col Big Bang, il Grande Scoppio.
Un bel giorno, tredici miliardi e settecento milioni di anni fa, una tremenda esplosione dà inizio a tutto: materia, energia e tempo. A nessuno è dato sapere cosa ci fosse prima. Secondo le teorie più accreditate, quel momento è l'inizio dell'Universo. Parlare di un prima
è assolutamente privo di senso.
In ogni caso, tredici miliardi e settecento milioni di anni fa un punto di dimensioni infinitamente piccole e con una densità infinitamente alta esplode dando origine a un plasma indefinito, composto di energia e di particelle elementari: i quark, dei quali parleremo più avanti, e gli elettroni.
In questa fase le leggi fisiche che regolano l'Universo di oggi non hanno valore e perciò gli studiosi hanno chiamato questo Universo primordiale singolarità
. Anche oggi esistono delle singolarità
. Si tratta dei buchi neri, formazioni celesti con caratteristiche così estreme da essere regolate da leggi fisiche totalmente diverse da quelle della materia tradizionale. Leggi fisiche che ancor oggi nessuno conosce in modo approfondito ma che possono solamente essere supposte. Parleremo diffusamente dei buchi neri nella prima appendice.
Col passare del tempo (un decimillesimo di secondo dopo il Big Bang!!!) i quark si uniscono in triplette
e danno origine a protoni e neutroni. Ma l'ambiente estremamente caldo impedisce a protoni, neutroni ed elettroni di unirsi per formare degli atomi. Dovranno passare più di 300.000 anni prima che ciò accada, quando la temperatura si sarà abbassata. Solo in questo momento inizierà la formazione di atomi di idrogeno, l'elemento più semplice.
Dunque, gli scienziati sono riusciti ad andare a ritroso nel tempo fino a un decimillesimo di secondo dopo il Big Bang, ma nessuno è mai riuscito a risalire al momento preciso. Le domande possibili su questo evento sono tutt'ora senza risposta. Su tutte: come si è generata quella minuscola formazione, così densa da contenere l'intero Universo? E come è esplosa? Nessuno lo sa.
Riuscire a capire come si è evoluto l'Universo partendo dai suoi primi istanti di vita è un'impresa straordinaria. Fino al 1929 la comunità scientifica era concorde nel considerare che l'Universo fosse statico. Era sempre stato così come lo vedevano e lo sarebbe stato per sempre. In quell'anno il grande astrofisico Edwin Hubble scopre invece che le galassie si allontanano le une dalle altre, tanto più velocemente quanto più sono lontane tra loro. Questa scoperta ha portato al concetto inaspettato di Universo in espansione: il Cosmo non è così da sempre e per sempre, ma si espande, diventa sempre più grande. La scoperta di Hubble è incontrovertibile. L'allontanamento delle galassie è provato dal fatto che il loro colore vira verso il rosso, tanto più intensamente quanto più sono lontane. Tale viraggio è noto come redshift
. Le galassie che si allontanano provocano uno stiramento delle onde luminose che vengono verso di noi, come fossero degli elastici. Se le onde vengono tirate, la loro lunghezza aumenta e di conseguenza il colore della luce emessa si sposta verso il rosso, in modo tanto più marcato quanto più la loro velocità di allontanamento è alta. Questo comportamento è analogo a quello dell'effetto doppler: le onde sonore emesse da un corpo che si sta allontanando si stirano ed il suono si sente con una tonalità più bassa. Di contro, per un corpo in avvicinamento succede esattamente il contrario: contrazione delle onde e spostamento verso frequenze maggiori. Effetto doppler e redshift sono descritti in maniera più approfondita nella seconda appendice.
Gli scienziati iniziano a riflettere: se l'Universo si sta allargando, allora molto tempo fa doveva essere più piccolo. E continuando a pensare a tempi via via più remoti, esso doveva essere sempre più piccolo, fino ad arrivare a dimensioni infinitesimali. Il tutto deve quindi avere avuto un inizio e l'ipotesi del Grande Scoppio, il Big Bang, comincia a farsi spazio nelle menti degli studiosi.
Ovviamente non siamo più al tempo di Aristotele e quindi non ci bastano i ragionamenti logici, per quanto ben costruiti. Abbiamo bisogno di prove scientifiche.
Come prima cosa è necessario studiare le galassie lontane. Poiché la velocità della luce è finita, essa impiega un certo tempo per arrivare fino a noi. Ad esempio la Galassia di Andromeda, che non fa parte delle galassie lontane, anzi è la più vicina alla nostra, dista circa 2 milioni e mezzo di anni luce.
Un anno luce è il tragitto che la luce compie in un anno di tempo e corrisponde a circa 10.000 miliardi di km. Ciò significa che la luce impiega 2,5 milioni di anni per arrivare qui da noi. Quando osserviamo la Galassia di Andromeda non la vediamo com'è ora, bensì com'era 2,5 milioni di anni fa.
Se, per assurdo, essa dovesse esplodere in questo momento, noi non ce ne accorgeremmo che fra più di due milioni di anni...
E si tratta solo della galassia a noi più