a cura di Mario Bruschi, Dipartimento di Fisica Università “La Sapienza”

“Ciò che è pieno è incredibilmente vuoto, ciò che è vuoto è incredibilmente pieno”

Sembrerebbe una citazione dalle Upanishad o comunque da qualche trattato esoterico; proviamo invece a vedere tale affermazione, apparentemente paradossale, alla luce della Fisica attuale.

Chiunque abbia frequentato una scuola secondaria dovrebbe sapere come è costituita la materia: ogni oggetto materiale e’ costituito da molecole, ogni molecola da atomi, ogni atomo da elettroni e da un nucleo, ogni nucleo da nucleoni [protoni e neutroni].
Fermiamoci pure qui in questa scomposizione verso il sempre piu’ piccolo, anche se ora sappiamo che gli stessi nucleoni sono formati da particelle più piccole dette Quarks e nessuno sa se questo gioco di scatole cinesi si ferma ad un certo livello o prosegue senza fine [particelle entro particelle entro particelle entro particelle…].
Quello che di solito nelle scuole non viene sottolineato e di cui perciò non si ha una percezione comune, è che anche nell’oggetto più solido, anche nell’oggetto più denso, tra molecola e molecola c’è il vuoto; all’interno della molecola, tra atomo e atomo, c’è il vuoto; all’interno dell’atomo, tra elettroni e nucleo, c’e’ il vuoto; all’interno del nucleo, tra i vari protoni e neutroni, c’è ancora il vuoto [abbiamo deciso di fermarci a questo livello ma sappiamo che anche all’interno dei nucleoni c’e’ ancora vuoto!]. Quanto vuoto?
Per rispondere a questa legittima domanda, immaginiamo che la nostra terra, questo pianeta su cui posiamo i piedi e ci appare ben solido e compatto, lo sia ancora di più’: immaginiamo che sia fatto di acciaio, una bella immensa sfera di acciaio con un diametro di 12730 chilometri. Cosa di più duro e impenetrabile? Tra l’altro una terra così fatta avrebbe la ragguardevole massa di circa 8 milioni di miliardi di miliardi di chilogrammi [ o se preferite, ‘peserebbe’ ottomila miliardi di miliardi di tonnellate!]. Un bel pò di materia, non c’è che dire: eppure se invece di usare i vostri occhi poteste vederla attraverso un supermicroscopio che permetta di vedere i nucleoni, puntando questo strumento verso questa enorme sfera di acciaio ciò che vedreste è essenzialmente il vuoto!
Certo, un vuoto con tanti piccoli puntini, i nucleoni, un po’ come la volta del cielo punteggiata di stelle. Se potessimo raccogliere tutti questi puntini e addensarli uno accanto all’altro per formare una sfera, ovvero, in altre parole, se potessimo eliminare il vuoto dalla originaria sfera di acciaio , otteremmo una sfera piu’ piccola di circa diecimila miliardi di volte (una sfera di soli 400 metri di raggio). Se ancora non avete chiara la proporzione che c’e’ nella materia tra “pieno” e “vuoto”, immaginate che il vostro corpo sia diviso in dieci milioni di milioni di cubetti; ebbene, se riusciste ad riunire tutti i vostri nucleoni [tutta la vostra ‘materia’], solo uno di questi dieci milioni di milioni di cubetti sarebbe pieno [e non completamente!].

Spero che a questo punto conveniate che la prima parte dell’affermazione [“ciò’ che è pieno è incredibilmente vuoto”] sia ben dimostrata, nell’ambito della Fisica attuale.

Veniamo quindi alla seconda parte, apparentemente contraddittoria: “ciò che è vuoto è incredibilmente pieno”.

Purtroppo, la giustificazione di tale affermazione, si trova in una parte della Fisica moderna, che va sotto il nome di Meccanica Quantistica. Questa teoria non solo non viene insegnata nelle scuole secondarie, ma e’ anche intrinsecamente “difficile”: essa contiene importantissime e rivoluzionarie e sorprendenti affermazioni sull’intima, se volete “ultima”, natura delle cose; affermazioni che, pur essendo state ampiamente ‘verificate’ ed utilizzate nei piu’ svariati contesti [il vostro computer, il vostro compact disc, la bomba atomica, si basano sulla Meccanica Quantistica!] tuttavia non possono essere adeguatamente tradotte nel linguaggio comune, se non al prezzo di imprecisioni e/o di paradossali violazioni del senso comune [in altri termini, conosciamo qualcosa sull’intima natura dell’Universo, ma questa conoscenza non può essere espressa in parole: non vi sovviene niente, o voi del versante ‘esoterico’?]. Sarò dunque costretto a dire in parole ciò che in parole non può essere adeguatamente e chiaramente detto.
Ebbene, secondo la Meccanica Quantistica, il “vuoto” non e’ affatto vuoto, anzi e’ inconcepibilmente “pieno” dal momento che in esso continuamente si creano tutte le particelle possibili, in esso continuamente nascono elettroni, protoni, neutroni, fotoni [luce!]; esso, il “vuoto”, è perciò il germe di tutte le cose! Ma se questo è vero, se è vero che dal vuoto [onnipresente, come abbiamo visto] emergono, affiorano, vengono all’esistenza continuamente ed incessantemente materia ed energia, in tutte le forme e quantità concepibili, perchè, nella nostra esperienza ordinaria, non ce ne accorgiamo affatto? Anzi, di più, perchè non siamo sopraffatti da questo rigurgito enorme e senza fine? Parte della risposta e’: perchè tutto questo, come viene incessantemente creato dal “vuoto”, altrettanto incessantemente viene distrutto, riassorbito dal “vuoto” stesso.
Ogni cosa, letteralmente ogni cosa che possiate immaginare, nasce continuamente dal “vuoto” [intorno a voi, dentro di voi!], vive la sua vita, e muore tornando al “vuoto”. E’ come un grande ribollire, una grande, vertiginosa danza cosmica, tanto che qualche Fisico l’ha paragonata alla “danza di Shiva”. Eppure noi non ne siamo consapevoli, non possiamo vedere o toccare la bellissima farfalla che proprio in questo istante si è formata, emergendo dal vuoto, avanti i nostri occhi, non possiamo odorare la profumatissima rosa che sta sbocciando proprio ora avanti a noi… Di nuovo, perche’ ? [D’altra parte e’ forse un bene che sia cosi’: immaginate un proiettile che si materializza proprio adesso nel vostro torace!]

Il punto è che la vita di queste “creazioni” è effimera: esse non vivono, di norma, sufficientemente a lungo per essere percepite anche dagli strumenti più raffinati; sono veramente forme fuggevoli, fantasmi impalpabili ! A questo punto, qualcuno giustamente potrebbe nutrire seri dubbi sulla loro effettiva esistenza; fugare questi dubbi, spiegare cioe’ completamente quali sono le prove che abbiamo della “realta’” dei fenomeni sopra descritti, eccede i limiti di questo scritto.
E’ opportuno comunque menzionare due “prove”: primo, pur se le singole cose che affiorano e affondano nel’oceano del vuoto generalmente non sono “osservabili”, è tuttavia osservabile, visibile, misurabile l’effetto complessivo di tutto questo ribollire, di questa grande danza (e di fatto e’ stato misurato, lo trovate sui ‘sacri testi’ di Fisica con il nome di “polarizzazione del vuoto”); secondo, dicendo che la vita di queste “creature” (in termini tecnici: “fluttuazioni”) è effimera, non si vuol significare che essa e’ necessariamente brevissima, anzi , ci sono “fluttuazioni” che possono durare anni, millenni, miliardi di anni! Di fatto il tempo della loro vita è legato alla loro energia dal famoso ‘Principio di Indeterminazione’ di Heisemberg; detto in parole, quanto più energetiche, quanto più “grosse”, massicce [massa e energia, come ha scoperto Einstein, sono essenzialmente la stessa cosa] sono queste creazioni, tanto meno durano, tanto prima muoiono.
Per farci una idea quantitativa, prendiamo in considerazione la particella più leggera conosciuta, cioè l’elettrone [la sua massa e’ di appena un centesimo di miliardesimo di miliardesimo di miliardesimo di grammo!], e chiediamoci quanto vive un elettrone creatosi spontaneamente dal vuoto: ebbene, il ‘Principio di Indeterminazione’ ci dice che esso puo’ vivere , al massimo!, un centesimo di miliardesimo di miliardesimo di secondo. Per renderci conto di quanto piccolo sia questo intervallo di tempo, consideriamo che:

– l’occhio umano non separa due immagini che si susseguono in meno di un decimo di secondo [cioe’ “misura” al massimo un decimo di secondo],

– un buon orologio digitale misura un centesimo di secondo,

– un buon orologio elettronico arriva sul milionesimo di secondo,

– un orologio atomico arriva a un centesimo di miliardesimo di secondo.

E’ facile capire dunque che non abbiamo strumenti, ne’ naturali ne’ artificiali per accorgersi di qualcosa che vive cosi’ poco! In realtà nella Fisica delle alte energie, abbiamo “misurato”, in condizioni molto eccezionali, tempi anche più piccoli [fino ad un decimillesimo del tempo sopra citato]; ricordiamo tuttavia che l’elettrone e’ per l’appunto la particella più leggera e che, per il ‘Principio di Indeterminazione’, di quanto è più grande la massa [o meglio l’energia] da creare, di tanto è più piccolo il suo tempo di vita. Così, un protone che nasca spontaneamente dal vuoto, essendo circa duemila volte piu’ pesante dell’elettrone, vivrà per un tempo duemila volte più piccolo, cioe’ al massimo cinque milionesimi di miliardesimo di miliardesimo di secondo; un oggetto che avesse il vostro peso, puo’ si’ nascere dal vuoto , ma vivrebbe solo 0 , 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 secondi, cioe’ un miliardesimo di miliardesimo di miliardesimo di miliardesimo di miliardesimo di miliardesimo di secondo [un tempo cosi’ piccolo che molti fisici dubitano perfino che possa esistere].

Abbiamo quindi fatto vedere come nella Fisica moderna “ciò che è vuoto è incredibilmente pieno”; eppure, per le ragioni sopra elencate, ci può sembrare che questo “pieno” sia in realtà qualcosa di inconsistente, di illusorio, una specie di gioco di prestigio. Ma le sorprese non sono ancora finite, come in tutti gli spettacoli, il numero d’effetto e’ stato lasciato per ultimo. Non abbiamo infatti ancora preso in considerazione l’esistenza di energie negative: ad esempio l’energia di un campo gravitazionale che si crea tra le masse è negativa. Abbiamo cosi’ questo effetto paradossale: piu’ aumenta la massa, cioe’ la quantita’ di materia, creata dal vuoto, meno tempo dovrebbe vivere, dato che cresce la sua energia positiva di “massa” [in accordo alla nota formula di Einstein: Energia= massa per velocita’ della luce al quadrato]; tuttavia, se la massa creata e’ abbastanza consistente, comincia a crearsi anche una considerevole energia negativa, dovuta alla forza di attrazione gravitazionale tra le varie parti di materia creata. Cosicche’, per una massa abbastanza grande, l’energia totale creata puo’ essere vicina a zero e quindi, sempre per il ‘Principio di Indeterminazione’, la massa creata potrebbe durare per un tempo anche lunghissimo [al limite infinito, se l’energia fosse esattamente zero]. Ma quanta massa è necessaria, perchè l’energia totale sia vicina a zero? La risposta è [sorpresa?!]: la massa dell’universo! Si, secondo le nostre attuali conoscenze, l’intero nostro universo ha una energia totale molto vicina a zero e quindi l’intero nostro universo potrebbe non essere altro che una “fluttuazione” del vuoto; noi, la terra, il sole, le stelle, le galassie, tutta questa immensità che è nata almeno quindici miliardi di anni fa, potrebbe essere una increspatura del vuoto, una bolla che forse sara’ riassorbita [secondo le stime attuali più affidabili] tra quaranta, cinquanta miliardi di anni [o forse mai più, se l’energia fosse esattamente zero].

E si, ci sono piu’ cose tra vuoto e vuoto di quante sappia immaginarne ogni filosofia…

Mario Bruschi

Iscriviti alla Newsletter

Prossimi eventi

  1. L’Eclisse della Ragione: La Caccia alle “Streghe”

    settembre 30 @ 9:00 - ottobre 1 @ 18:00
  2. Rave Meditation

    novembre 5