Ieri, oggi negli Stati Uniti, il presidente USA, Barack Obama, ha presentato la sua proposta (proposta perche’ dovra’ essere approvata dal congresso) per il nuovo budget della NASA. Come molte altre sue iniziative dall’inizio del suo mandato un anno fa, il contenuto di questa proposta e’ piuttosto rivoluzionario, specialmente se confrontato con l’operato del suo predecessore.
La prima enorme e roboante novita’ che emerge e’ la richiesta di terminare il progetto Constellation. Per chi non se lo ricordasse, questo e’ il progetto, finanziato e fortemente voluto da Bush per sostituire lo Shuttle (che ha ancora pochi voli prima della pensione) e che avrebbe dovuto riportare l’uomo sulla Luna. Questo, a prima vista, dovrebbe provocare rabbia, delusione, panico e tutta una serie di sensazioni negative in coloro che, in un modo o nell’altro, hanno qualche interesse (nel senso di passione) nello spazio e nella sua esplorazione. In realta’ non e’ cosi’: ovviamente coloro che erano direttamente coinvolti nel progetto Constellation, contrattisti e dipendenti della NASA, non vedono di buon occhio il cambio di rotta, ma, in generale, questa notizia e’ stata ricevuta in modo positivo. Buzz Aldrin, eroe della corsa allo spazio e ambasciatore dell’esplorazione spaziale, accoglie questa notizia come una positiva variazione di rotta. Altri commentatori, come ad esempio il solito Phil Plait, accolgono la notizia positivamente.
Il fatto e’ che quello che Obama raccomanda e’ l’abbandono di progetti come Constellation che prevedono il raggiungimento di obiettivi come la Luna usando solo la forza bruta (compresa quella del denaro) a favore di un approccio piu’ ragionato. La NASA, nei prossimi anni, continuera’ a ricevere finanziamenti per ricerca e sviluppo (in particolare per la stazione spaziale internazionale e per lo sviluppo di motori per l’esplorazione dello spazio profondo) e per progetti di ricerca scientifica (telescopi e missioni planetarie, nonche’ progetti per monitorare l’evoluzione del riscaldamento globale terrestre). Quindi l’idea e’ di tagliare progetti costosissimi che potenzialmente sono un buco nero per tempo, denaro e risorse per cercare di trovare alternative piu’ efficienti e per proseguire con progetti piu’ interessanti dal punto di vista scientifico:
NASA’s Constellation program – based largely on existing technologies – was based on a vision of returning astronauts back to the Moon by 2020. However, the program was over budget, behind schedule, and lacking in innovation due to a failure to invest in critical new technologies. Using a broad range of criteria an independent review panel determined that even if fully funded, NASA’s program to repeat many of the achievements of the Apollo era, 50 years later, was the least attractive approach to space exploration as compared to potential alternatives. Furthermore, NASA’s attempts to pursue its moon goals, while inadequate to that task, had drawn funding away from other NASA programs, including robotic space exploration, science, and Earth observations. The President’s Budget cancels Constellation and replaces it with a bold new approach that invests in the building blocks of a more capable approach to space exploration [...]
(in buona sostanza, quanto detto sopra).
Cosa comportera’ questa decisione per l’esplorazione umana dello spazio? Entro la fine di quest’anno lo Space Shuttle andra’ in pensione e non vi e’ nessun interesse a prolungare la sua vita lavorativa. Per i prossimi anni, quindi, l’accesso allo spazio e, in particolare, alla ISS sara’ attraverso vettori russi ed europei. Nel frattempo l’amministrazione Obama conta su compagnie private, come Space X, affinche’ completino lo sviluppo delle loro tecnologie per il trasporto di materiale e personale in orbita. Questo difficilmente avverra’ prima del 2013, ma e’ un buon incentivo all’industria spaziale. La NASA potra’, cosi’, concentrarsi su progetti piu’ ambiziosi.
Il ritorno dell’uomo sulla Luna e’, per ora, rimandato di nuovo. Vedremo fino a quando. Nel frattempo pare che si spinga anche per ricerche che dimostrino la possibilita’ di ottenere carburante dal suolo di Luna e Marte. La corsa alla Luna non e’, e non deve essere, piu’ un progetto interessante. Pe lo meno com’e’ stato affrontato allora. Andare sulla Luna, ora, dovrebbe implicare il creare un avamposto umano permanente sulla sua superficie (o magari sotto), con voli regolari da e per la Terra. Questo significa che non sarebbe sufficiente riutilizzare le vecchie tecnologie che permisero l’allunaggio 40 anni fa: sono troppo care, sarebbe come usare una macchina di formula 1 per andare a fare la spesa al supermercato. Inoltre, il tornare sulla Luna fornirebbe un’esperienza di valore limitato per un’eventuale “gita” su Marte, a causa delle profonde differenze, tecniche, logistiche e umane, che le due missioni presenterebbero. Un’idea interessante e’ proposta in un recente articolo su New Scientist: invece di puntare a Marte, o anche alla Luna, la prossima missione spaziale umana dovrebbe avere come meta Phobos, una delle due lune di Marte. In questo caso le sfide sarebbero piu’ vicine a quelle di un atterraggio su Marte, senza pero’ raggiungere tutta la complessita’ che questo comporterebbe (presenza di un’atmosfera, per quanto rarefatta e gravita’ significativa).
In generale, il budget della NASA e’ cresciuto ed e’ destinato a crescere ulteriormente nei prossimi anni. Altre voci interessanti sono il finanziamento per estendere la vita utile della ISS fino al 2020 e il potenziamento dei progetti scientifici condotti a bordo e l’aumento dei finanziamenti per il tracciamento di asterodi vicini all’orbita terrestre (near earth objects, NEO).
Dopo tutto quanto ho letto, mi sono convinto che questa sia una buona proposta, molto lungimirante, ma con solide basi. Vedremo se passera’ indenne in congresso o se subira’ lo stesso infausto destino della riforma sanitaria.
Spirit, il robottino o “rover” della NASA che dal gennaio 2004 esplora, insieme al fratello Opportunity, la superficie di Marte, e’ stato ufficialmente ridefinito un laboratorio stazionario.
Da maggio 2009, infatti, Spirit e’ prigioniero della sabbia. Dopo aver gia’ sofferto la perdita dell’uso di una delle 6 ruote, l’anno scorso il terreno ha ceduto leggermente, di fatto bloccandolo dov’era anche a causa del tipo di sabbia presente in quel punto. Da allora gli scienziati responsabili della missione hanno fatto di tutto per liberarlo, arrivando anche a utilizzare un modello di Spirit qui sulla Terra e ponendolo in condizioni analoghe. Teniamo presente che Marte non e’ proprio dietro l’angolo e che i segnali impiegano un certo tempo ad arrivare e le risposte a tornare indietro: non e’ esattamente come pilotare una macchinina radiocomandata. Alla fine, il 26 gennaio 2010, tre giorni fa al momento in cui scrivo questo articolo, gli ingegneri e gli scienziati della NASA hanno deciso di smettere di cercare di liberare Spirit e di ridefinirne la missione, trasformandolo in un laboratorio statico.
Teniamo, pero’, presente, che le due missioni dei robottini Spirit ed Opportunity, come detto cominciate nel 2004, erano previste durare 90 giorni marziani, circa 92 giorni terrestri. La “garanzia” sui rover era pari a questo arco temporale. In questi 90 giorni marziani i robot hanno svolto tutti i compiti loro assegnati, rimandando indietro una mole enorme di dati che hanno permesso di avanzare moltissimo la nostra conoscenza del pianeta rosso. Da loro abbiamo anche ottenuto immagini splendide come questa:
Non male, eh?
Una volta completata la sua missione principale, siccome Spirit, come anche Opportunity, non sembrava avere intenzione di smettere di funzionare, si e’ deciso di continuare con altre missioni… cosi’ 2217 giorni terrestri e innumerevoli scoperte dopo, i rover sono ancora funzionanti, anche se Spirit deve rinunciare alla sua mobilita’. Decisamente questo non mi sembra un brutto risultato. Ci sono automobili che non durano cosi’ a lungo, nonostante vengano fatti tutti i tagliandi necessari.
XKCD, famoso web-comic, oggi dedica la sua striscia proprio a Spirit come riconoscimento per l’incredibile lavoro svolto.
Adesso il compito principale dei responsabili di Spirit alla NASA e’ quello di cercare di orientare i pannelli solari piu’ verso il Sole, in modo da cercare di mantenere in vita i circuiti fondamentali della sonda durante il freddo inverno marziano. Questo e’ un compito tutt’altro che facile: proprio in questi giorni la NASA sta cercando di ristabilire il contatto con un’altra sonda su Marte, Phoenix, congelata durante l’inverno, ma in questo caso sembra che le speranze siano davvero poche.
Nella prima puntata della serie sulla meccanica quantistica abbiamo visto un po’ la storia dell’atomo e abbiamo discusso del modello oggi ampiamente accettato. Questo prevede un nucleo molto compatto e uno spazio vastissimo (in termini relativi, ovviamente) in cui gli elettroni si muovono, in orbitali ben precisi.
Non abbiamo, pero’, visto di cosa sia composto il nucleo, ne’ come si possano distinguere atomi di elementi diversi. Questi due sottoargomenti sono strettamente correlati, quindi ne parleremo in questo articolo. Allacciate le cinture, si parte!
L’atomo, quindi, non e’ indivisibile, come credevano gli scienziati da Democrito (d’accordo, all’epoca non erano chiamati scienziati, ma filosofi) fino agli inizi del XX secolo. Questo significa che deve essere composto di “mattoni” ancora piu’ piccoli. Abbiamo visto nel precedente articolo dell’esistenza degli elettroni, piccolissime particelle (la sua massa e’ di 9.109·10−31 kg ovvero 0,0000000000000000000000000009109 grammi) di carica negativa che “orbitano” attorno al nucleo. Il nucleo, a sua volta, e’ quasi sempre composto di un certo numero di protoni e neutroni. Dico quasi, perche’, come vedremo, l’atomo di idrogeno non ha neutroni nel suo nucleo.
Protoni e neutroni, detti anche nucleoni in quanto componenti il nucleo dell’atomo, hanno massa simile e molto maggiore di quella dell’elettrone (circa 1836 volte la sua massa il protone e circa 1839 volte il neutrone). Il protone ha carica elettrica uguale a quella dell’elettrone come “intensita’” (piu’ propriamente, in valore o modulo), ma opposta; un elettrone e un protone, cioe’, si attraggono tra di loro, un po’ come i due poli opposti di una calamita. Il neutrone, invece, come dice il nome, e’ neutro, ovvero non ha carica elettrica e non attrae ne’ respinge le altre cariche (ovvero, la sua interazione elettromagnetica e’ molto debole).
Siccome un atomo “a riposo” deve essere, come si suol dire, elettricamente neutro, il numero di cariche positive e quello di cariche negative dev’essere uguale in modo che si compensino. Poiche’ abbiamo visto che il valore della carica (positiva) dei protoni e’ uguale a quello della carica (negativa) degli elettroni, questi devono essere in numero uguale in un atomo neutro o a riposo. Il numero di neutroni, invece e’ un po’ piu’ libero, anche se ci sono altri vincoli piu’ complessi.
A causa di quanto visto sopra, gli atomi dei diversi elementi (per intenderci, idrogeno, elio, oro, bario, calcio, ferro ecc., potete consultare la tavola periodica degli elementi qui) si differenziano per il numero di protoni nei loro nuclei. Il numero che trovate associato ad ogni elemento nella tavola periodica si chiama numero atomico e rappresenta esattamente il numero di protoni del nucleo di quell’elemento, ad esempio uno per l’idrogeno, due per l’elio, sette per l’idrogeno, otto per l’ossigeno, settantanove per l’oro e novantadue per l’uranio (l’elemento piu’ pesante presente in natura).
E’ possibile che, per diversi motivi, un atomo possa trovarsi temporaneamente con una disparita’ di elettroni e protoni, perche’ acquisisce o perde degli elettroni. In questo caso l’atomo non perde le sue caratteristiche, cioe’ rimane sempre l’atomo di quell’elemento, ma diventa uno ione negativo o positivo rispettivamente. Siccome la natura non ama le cose asimmetriche e non neutre, questo stato tende ad essere instabile e l’atomo tendera’ a perdere gli elettroni in eccesso o recuperare quelli in difetto per tornare ad essere neutro. In tutti questi scambi viene coinvolta energia, quindi vengono sfruttati abbondantemente in tutta la moderna tecnologia (dall’immagazzinamento di energia alla produzione di luce, passando per un’infinita’ di altre applicazioni). Il fatto di caratterizzare l’atomo di un elemento mediante il numero di protoni anziche’ quello di elettroni ha, quindi, un senso ben preciso. E i neutroni? I neutroni, come detto sopra, sono presenti nei nuclei di quasi tutti gli atomi, con l’eccezione di quello di idrogeno che ha solo un protone. Atomi di uno stesso elemento possono, pero’, avere un numero di neutroni diverso, pur mantenendo le caratteristiche chimiche di quell’elemento. Atomi di uno stesso elemento ma con un numero diverso di neutroni vengono detti isotopi (dal greco “stesso posto”) di quell’elemento. I vari isotopi di un elemento vengono caratterizzati mediante la loro massa atomica (ovvero la somma del numero di protoni e neutroni; ricordo che la massa degli elettroni e’ trascurabile in confronto a quella delle particelle del nucleo). Prendiamo l’esempio del carbonio: questo ha sei protoni nel nucleo dei suoi atomi, ma puo’ avere (in natura) 6, 7 o 8 neutroni. Si parla, in questo caso di carbonio-12, carbonio-13 e il famosissimo carbonio-14.
Normalmente quando si parla di un elemento senza specificare l’isotopo ci si riferisce al suo isotopo piu’ frequente in natura, visto che di solito la loro diffusione e’ molto diversa: riprendendo l’esempio del carbonio, piu’ del 98% di questo elemento presente sulla terra e’ costituito da carbonio-12, mentre vi sono solo tracce di carbonio-14. Alcuni elementi (21 in tutto) hanno un solo isotopo naturale, cioe’ vi e’ una sola “configurazione” per quell’elemento in natura, un esempio di questi e’ il berillio. La maggior parte (si ipotizza fino a trenta volte in piu’) degli isotopi sono radioattivi, ovvero il loro nucleo e’ instabile. Cosa significa in questo caso “instabile”? Immaginiamo un grande castello di carte: il suo stato e’ instabile in quanto basta un nonnulla per farlo crollare. Dopo il crollo, le carte si troveranno in uno stato piu’ stabile sul tavolo o sul pavimento. Un nucleo instabile e’ in una situazione simile e per raggiungere uno stato piu’ stabile deve decadere, ovvero emettere parte del suo nucleo o dividerlo (generando anche energia) e trasformarsi nel nucleo di un isotopo piu’ stabile. Un classico esempio e’ quello dell’uranio-235, il combustibile delle centrali a fissione nucleare, che decade in torio-231 con l’emissione di due protoni e due neutroni (una particella composta da due protoni e due neutroni si chiama particella alfa, α). L’energia generata da questo decadimento e’ molto alta ed e’ quella che viene utilizzata per generare elettricita’ in queste centrali.
Prima di cominciare l’articolo pensavo di trattare anche di cio’ che compone protoni e neutroni (ebbene no, non sono indivisibili nemmeno quelli), ma credo di aver gia’ messo abbastanza carne al fuoco per un post solo. Aspetto i vostri commenti 
OK, probabilmente questo merita un premio per il titolo piu’ stupido della storia! L’argomento, pero’, e’ piuttosto serio! Ascoltando podcast e legendo blog di noti gruppi di scettici negli Stati Uniti e in Australia (ma piu’ in generale nel mondo anglosassone), si sente spesso parlare di “ear candles”. Fin’ora non me n’ero occupato perche’, non avendone mai sentito parlare nel nostro “bel paese”, speravo fossimo immuni da questa particolare forma di pseudoscienza (per non voler usare il termine che, in molti casi, sarebbe piu’ appropriato: truffa). Purtroppo mi sbagliavo! Dopo una breve ricerca con le parole-chiave “candela per orecchie” o “candele auricolari” sul Noto Motore Di Ricerca, ho trovato diversi negozi niueig’ (new-age ) online che le vendono ad ignari acquirenti, insieme ad una pletora di altri prodotti dal prezzo elevatissimo e dall’utilita’ nulla. Diversamente da altri prodotti appartenenti a questa categoria (ad esempio le “memorie energetiche”!!!???!!) le candele auricolari sono molto dannose per la salute, oltre a non apportare ALCUN beneficio!!!
Di cosa si tratta? Sono candele (immagino l’aveste intuito) che si infilano nelle orecchie dal lato opposto allo stoppino (e fin qui tutto e’ ovvio). I produttori di questi prodotti perversi asseriscono che il calore e il bruciore (giuro che su un sito ho trovato scritto proprio questo!) rinforzino il sistema immunitario (“linfatico”, sul sito di cui sopra) e riequilibrino la pressione dei seni. Inoltre la differenza di pressione generata (da cosa? dal calore? dal fatto che il povero candelabro umano stia ululando dal dolore?) dovrebbe asportare le scorie (aahh, il termine magico!) attraverso l”‘effetto camino” (?). Sara’ un caso che i camini, abitualmente, non siano costituiti di materia vivente e danneggiabile dalle alte temperature? Il calore e la pressione dovrebbero, inoltre, provocare una “impercettibile vibrazione” sul timpano, che si trasmetterebbe a tutti gli altri componenti dell’orecchio liberandoli dalle scorie (e due!). Siccome le candele auricolari avrebbero un effetto sull’equilibrio (compromissione irreversibile?) questi siti consigliano di usarle sempre in entrambe le orecchie (anzi, gli orecchi, come riportato da loro); e cosi’ ce le siamo giocate entrambe! Alcuni affermano che tagliando quello che rimane della candela nella cavita’ al suo interno si trovera’ un liquido ceroso che loro affermano essere cerume. Stranamente chi ha fatto un esperimento usando la candela in modo sicuro (leggi: il piu’ lontano possibile da qualunque cavita’ auricolare e in modo completamente diverso da quanto scritto sulle istruzioni) ha ritrovato lo stesso liquido. Ovviamente si tratta di cera e non di cerume. Quindi, tornando a quanto detto sopra, queste candele non producono alcun effetto positivo! Oltretutto il timpano e il condotto uditivo hanno bisogno di cerume come lubrificante e antibatterico (vedere qui)
Il buon senso, a questo punto, dovrebbe essere sufficiente ad evitare l’associazione “cera ustionante”-”timpano”. Nel caso non lo fosse, il seguente video dovrebbe rendere le cose piu’ chiare:
Si’, e’ Jessica Simpson dolorante, con una candela in un orecchio e un suo “amico” che la filma e la deride mentre lei urla di dolore!
Quindi:
- Utilita’: zero (potrei forse anche usare valori negativi)
- Pericoli:
- Ustione al timpano e potenziale perdita dell’udito temporaneamente o permanentemente
- Accumulo di cera solidificata nel condotto uditivo con conseguente necessita’ di estrarla (se siete davvero arrivati a questo punto mi auguro che vi affidiate ad uno specialista!)
- Ustione conseguente al fatto che i capelli sono un materiale combustibile e che quindi non e’ una buona idea metterli a contatto con una fiamma viva
Morale? Se qualcuno vi consiglia una di queste candele, mandatelo a quel paese anche da parte mia! E avvisate tutti quelli che conoscete della pericolosita’ di questi “ritrovati miracolosi” che vengono addirittura consigliati da periodici diffusi, ad esempio donna moderna, e magari scrivete in massa a queste riviste chiedendo che facciano indagini piu’ accurate.
Ma come? Non ci sono state solo 17 missioni Apollo? In effetti si’, essendo stata la missione Apollo 17 (Cernan, Evans, Schmitt) l’ultima con questa designazione (le successive del programma sono state designate Skylab, tranne quella congiunta Apollo-Soyuz). In origine, pero’, erano davvero previste 20 missioni Apollo e tutte, dopo Apollo 11, aventi come missione l’allunaggio, ma queste furono cancellate per la limitatezza dei fondi e lo scarso interesse politico.
Le motivazioni che portarono alla cancellazione di queste missioni sono ragionevoli e plausibili, ma, ovviamente, non agli occhi di qualcuno disperatamente a caccia di cospirazioni. Ecco, quindi, la nascita di una teoria del complotto che afferma che le rimanenti tre missioni ebbero come scopo lo studio e, magari, il recupero di un’astronave aliena di notevoli dimensioni precipitata sulla Luna, ovviamente sul suo lato nascosto (per intenderci, quello mai visibile dalla Terra).
Ci sarebbero molte cose da dire su questa storia, ancora prima di vederne i dettagli, ma vi rimando all’analisi di Paolo Attivissimo sul sito del CICAP (tratta da un suo articolo pubblicato di recente sulla rivista del CICAP “Scienza e Paranormale”).
Ovviamente la trasmissione Mistero non ha perso tempo a trattare questa nuova fantasiosa storiella. Questa volta non ho guardato la puntata (ho bisogno di una pausa di tre o quattro puntate ogni volta, per potermi riprendere) quindi non ho idea dei termini esatti con cui hanno coperto la “”"notizia”"”, ma se l’esperienza mi ha insegnato qualcosa, presumo abbiano come minimo lasciato aperta la porta al dubbio sulla veridicità fino ad arrivare a venderla come assolutamente veritiera.
PS: buon 2010 a tutti! Mancano piu’ solo 2 anni, 12 11 mesi e 10 giorni ad una giornata come ogni altra
Questo articolo rappresenta la prima puntata della serie sul mondo in miniatura di cui avevo parlato qualche giorno fa. Come detto, vuole essere una (breve) panoramica sull’argomento, senza indugiare su equazioni e formule.
Il concetto di atomo risale ai filosofi greci Leucippo e Democrito, i quali lo concepirono come elemento fondamentale ed indivisibile (dal greco a-tomos, indivisibile) della materia. In seguito la definizione acquisì altre caratteristiche, come ad esempio il fatto che l’atomo di un certo elemento deve conservarne le caratteristiche fisiche. Questo permette di differenziare sostanze complesse (costituite dall’unione di atomi diversi) dagli elementi (che invece sono costituiti da atomi dello stesso tipo). Come esempio, prendiamo il Cloro, simbolo chimico Cl, e il Sodio, simbolo Na, che sono elementi, e il comune sale da cucina o cloruro di sodio, NaCl, che invece e’ un composto (una molecola di elementi diversi o eteroatomica) di Sodio e Cloro. Al momento si e’ dimostrata l’esistenza di 118 elementi diversi (di cui 96 esistenti in natura e gli altri “costruiti” artificialmente ed altamente instabili) ed innumerevoli composti.
OK, ma cos’è un atomo? Com’è fatto? Per moltissimo tempo questa domanda non ebbe una risposta, nonostante fisici e chimici, come Dalton, utilizzassero il concetto per spiegare proprietà della materia. Solo all’inizio del XX secolo si comincio’ a notare che l’atomo non poteva essere indivisibile ma doveva essere composto da elementi più piccoli. Thomson nel 1901 dimostro’ l’esistenza dell’elettrone e propose il primo modello di atomo, in cui questo era rappresentato come una sfera di carica elettrica positiva con gli elettroni (carica elettrica negativa) immersi al suo interno per rendere il tutto elettricamente neutro (come sono in effetti gli atomi in condizione di riposo). Questo modello viene detto modello a panettone, dove i canditi rappresentano gli elettroni.
Il modello di Thompson (in alto) e il modello di Rutherford, entrambi sottoposti all'esperimento di bombardamento con particelle alfa
In seguito, nel 1911, Rutherford e il suo gruppo fecero un esperimento molto importante per convalidare il modello di Thomson: bombardarono un sottilissimo foglio d’oro con particelle alfa (due protoni e due neutroni ovvero un atomo di elio caricato positivamente, ne parlerò più avanti) e notò che la maggior parte di essi passavano il foglio senza modificare la loro traiettoria, ma che una piccolissima parte veniva deviata, alcuni fino ad essere respinti completamente. Questo contrastava completamente con il modello di Thomson e dopo molto ragionamento e calcoli, Rutherford giunse alla conclusione che l’atomo doveva avere la maggior parte della sua massa concentrata in un piccolissimo volume (rispetto alle dimensioni dell’intero atomo) con una alta carica positiva e con gli elettroni orbitanti attorno ad esso. Nasceva cosi’ il cosiddetto modello planetario in quanto l’atomo poteva essere assimilato al sistema solare, con il nucleo carico positivamente al posto del sole e gli elettroni attorno ad esso su orbite simili a quelle dei pianeti. In mezzo doveva esserci spazio vuoto, costituente la gran parte del volume atomico, cosa che spiegava il passaggio indisturbato della maggior parte delle particelle alfa: solo quelle che passavano sufficientemente vicine al nucleo venivano deflesse, quelle che passavano nel “vuoto atomico” ovviamente non subivano alcuna interazione e gli elettroni non hanno massa sufficiente – non sono sufficientemente “pesanti” – per deviarle.
Il modello planetario riusciva a spiegare alcuni degli effetti osservati negli esperimenti ma non altri, due in particolare sfuggivano al modello: secondo la fisica classica (quella di Newton, per intenderci), gli elettroni in rotazione attorno al nucleo dovrebbero “perdere” energia sotto forma di radiazione elettromagnetica (di cui la luce che noi vediamo e’ un caso particolare) e perdendo questa energia rallentare il loro moto e precipitare nel nucleo e distruggendosi (annichilendosi) con le cariche positive, ma questo non avviene; il secondo fenomeno previsto dalla trattazione classica sarebbe in un certo senso l’inverso del precedente, gli elettroni dovrebbero essere in grado di assorbire radiazione elettromagnetica di qualunque energia (o lunghezza d’onda, o “colore”), ma anche questo non succede, invece un elettrone è in grado di assorbire energie ben precise e di emettere radiazione corrispondente a quelle energie ben precise (in prima approssimazione). Non c’era modo di spiegare questi fenomeni con la fisica conosciuta fino a quel momento. Entra Niels Bohr.
Bohr continuo’ a considerare valido il modello planetario, ma ipotizzo’ che le orbite degli elettroni, diversamente da quelle dei pianeti, fossero in numero finito, cioè che un elettrone non potesse ruotare attorno al nucleo ad una distanza arbitraria ma solo all’interno di queste orbite fisse. Per passare da un’orbita ad un’altra, l’elettrone deve assorbire o emettere un quantitativo ben preciso di energia. Quando, invece, l’elettrone si trova a riposo su una certa orbita, non emette energia e può mantenere la traiettoria indefinitamente. La traiettoria più vicina al nucleo, posta ad una distanza dal nucleo detta raggio di Bohr, è detta livello fondamentale e quando un elettrone vi si trova non può emettere energia, e quindi non può avvicinarsi ulteriormente al nucleo. Su questi pochi principi nasce la fisica quantistica: un quanto indica infatti una certa quantità fissa di qualcosa, in questo caso energia. Questa teoria si definisce quantistica in quanto afferma che le orbite degli elettroni, e di conseguenza la loro energia, debbano essere quantizzate, ovvero esistere in “pacchetti” predeterminati. Immaginiamo di andare a comprare della frutta: possiamo comprare due o tre arance, ma il negoziante non ce ne venderà due e mezza; l’acquisto della frutta, in questo esempio, è quantizzato.
Il nostro modello atomico, ora, prevede un nucleo centrale molto piccolo, attorno a cui, a grande distanza, ruotano gli elettroni su “circuiti” dai raggi ben definiti. Ma quanto è distante la prima di queste orbite dal nucleo? Prendiamo un esempio classico: un campo da calcio standard. Se poniamo il nucleo al posto di una delle bandierine del corner e immaginiamo che la prima orbita sia distante quanto la bandierina del corner opposto, il nucleo risulterebbe grande circa mezzo centimetro, più o meno come una piccola lenticchia (che è anche un esempio opportuno visto l’avvicinarsi dei vari cenoni di fine anno ). Tutto lo spazio in mezzo è vuoto!
Con queste premesse, ci si aspetta che, a riposo, tutti gli elettroni di un atomo girino allegramente nell’orbita più vicina al nucleo, ma in realtà non è cosi’. C’è, infatti, un ulteriore principio, chiamato principio di esclusione di Pauli, che dice che due particelle come gli elettroni (ovvero tutte quelle appartenenti al gruppo dei cosiddetti fermioni) non possano coesistere ad un identico livello energetico all’interno di un atomo (o di un analogo sistema): questo, in base a quanto visto sopra, significa che ogni orbita può accomodare solo un elettrone. In realtà in ogni orbita possono stare due elettroni con energie leggerissimamente diverse (per motivi che esulano dallo scopo di questo post).
Se proprio vogliamo essere pignoli, e i fisici di solito lo sono, quindi noi dobbiamo adeguarci, il modello planetario non è del tutto corretto. Questo perché esiste un altro principio fondamentale della meccanica quantistica: il principio di indeterminazione di Heisenberg. Secondo questa legge, ricavato utilizzando calcoli matematici che sono l’incubo di diversi studenti di laurea in fisica e materie correlate, non possiamo conoscere con precisione infinita determinate caratteristiche di un oggetto, come ad esempio velocità e posizione, se misuriamo meglio la prima conosceremo meno la seconda e viceversa. Questo vale per qualunque oggetto, ma, per quelli macroscopici come una persona o un’auto, questa imprecisione, incertezza o indeterminazione per usare i termini corretti, è talmente piccola da risultare ininfluente, mentre per un’elettrone è cosi’ vasta da rendere inutile il concetto di orbita. Parliamo, quindi, di orbitali, ovvero di “nuvole” all’interno delle quali è molto probabile che un elettrone con una data energia si trovi. Ecco, quindi, una delle maggiori differenze tra la fisica classica e quella quantistica: quest’ultima non ha come risultati dei valori definiti, ma delle probabilità.
I primi cinque orbitali (chiamati 1s, 2s, 2px, 2py, 2pz) di un atomo di neon (Ne)
Ecco, dopo tutto questo, siamo giunti al modello dell’atomo più accreditato. Difficile? Mmmmhhhsi’, ma, spero, descritto in questo modo sia un po’ comprensibile.
Resta ancora una domanda: come distinguiamo gli atomi di due elementi diversi? Cosa li rende diversi? Lo vedremo nella prossima puntata in cui parleremo dei componenti degli atomi (oltre al già citato elettrone).
Ci sono cascato di nuovo: mi sono messo a guardare Mistero nella speranza che il livello della trasmissione fosse migliorato o che almeno potesse essere divertente (suo malgrado!).
In realtà mi ha assalito sconforto e frustrazione visto che il format sfrutta solo la credulità del pubblico con un miscuglio di fandonie trite e ritrite e già ampiamente smentite e pseudoinformazione vuota. Ecco, quindi, un resoconto “live” della puntata.
Si parte con un servizio di caccia ai fantasmi in un “Castello infestato”. Tre persone, “esperti” del fantomatico CIO (comitato per l’investigazione dell’occulto? Non saprei, mi sono perso l’inizio e non si riesce a trovare online). L’”esperto” di registrazioni audio non conosce nemmeno il nome della sua strumentazione, ma è quello che porta l’indizio migliore: mentre registra in esterna, da solo e senza telecamera, vede con la coda dell’occhio un fantasma… vi lascio immaginare il resto delle “prove”. Abbiamo, poi, svariati esempi di “Orb” o sfere di luce, che non sono altro che particelle di polvere fuori fuoco e illuminate dalla fonte di luce, in questo caso infrarossa, in asse con l’obiettivo della telecamera. Il resto del servizio è, a voler essere buoni, frutto di autosuggestione o, volendo essere più maliziosi, brutta recitazione.
Il secondo servizio parla della figura storica di Raimondo di Sangro, principe di Sansevero. Questo è meno dannoso per i neuroni, anche se si tratta comunque di un’accozzaglia di informazioni superficiali, condite con vaghi suggerimenti di misteri sovrannaturali.
Da quello ai licantropi il passo è breve, o, perlomeno, lo è per gli autori di questa sciagurata trasmissione. In questo spezzone si trova l’unico aspetto positivo della trasmissione: la presenza di Alessandro Cecchi Paone, il quale analizza e spiega razionalmente il fenomeno della licantropia nella storia, attribuendolo alla superstizione unita a particolari psicopatologie. Ovviamente non potevano lasciare la cosa così, ed infatti il contributo di Cecchi Paone viene spezzettato ed intermezzato da interventi che vogliono seminare il dubbio sulla spiegazione razionale mediante anche concetti assolutamente risibili come, ad esempio, il “magnetismo lunare” (a quel punto svariate migliaia di miei neuroni hanno commesso suicidio).
Cosa può arrivare dopo i licantropi? Ovviamente la maledizione del faraone! E poi il la morte di John Kennedy Jr., naturalmente a causa di un grande e misterioso complotto e non di un normale incidente aereo.
Anche il successivo servizio sul vampirismo è di un’insipidità sconvolgente: la spiegazione reale viene data all’inizio, e poi gli autori si arrampicano sugli specchi nel tentativo di trovare qualcosa di misterioso nella storia, ignorando completamente il vero fascino di un indagine storica e antropologica reale per andare a caccia di un risibile aspetto occulto nella storia.
OK, spero di non aver perso troppi lettori con quel titolo
Il titolo, in realtà, è un po’ fuorviante, in quanto con questo post vorrei introdurre una serie di articoli che chiariscano un po’ le idee sulla fisica del molto piccolo (MOLTO piccolo).
Stephen Hawking in un suo libro scrisse che “ogni equazione inserita avrebbe dimezzato il numero dei suoi lettori”: lui magari potrà anche permettersene tre o quattro, io invece no, quindi vi prometto che cercherò di dare quest’infarinatura senza ricorrere alla matematica!
Conto di rivedervi per i prossimi episodi!
Aggiornamenti:
- Prima puntata: l’atomo
Phil Plait, il Bad Astronomer, ha, come ogni anno, creato la sua personale top-ten di immagini astronomiche.
Nonostante la scelta sia vastissima e i possibili risultati per questa lista siano quasi infiniti (lui stesso afferma che la scelta e’ stata difficilissima), mi trovo d’accordo con Phil: le immagini sono un bel miscuglio di bellezza e scienza.
Ogni immagine e’ commentata e da questi commenti si possono imparare molte cose, ma anche se non vi trovate a vostro agio con l’inglese vi consiglio di andare a fare una visita e “sfogliare” le immagini per appagare il vostro senso estetico (i link alle immagini precedenti e successive si trovano sotto il testo).
Buona visione
Altro sciame meteorico (per di piu’, piuttosto interessante), altro brevissimo post:
stanotte lo sciame delle Geminidi dovrebbe raggiungere il suo clou (in effetti tra ieri notte e stanotte) e mostrare il meglio di se’. Non si conosce con precisione l’origine, potrebbe essere una cometa o un satellite, ma la bassa velocita’ d’impatto promette uno spettacolo davvero magnifico.
Se avrete un cielo limpido sopra la testa (vi lascio immaginare come sia quello sopra la mia 
), vi consiglio di cercare la costellazione dei gemelli (che e’, ovviamente, il radiante di questo sciame) e di attendere lo spettacolo, preferibilmente dopo la mezzanotte. Non dimenticate la giacca e magari qualcosa di caldo da bere!
