borse da signora e gravità

La borsa di una donna solitamente è piena di ogni sorta di oggetto, ma nonostante il suo peso viene portata a spasso elegantemente come se nulla fosse.

Quindi leggiadria femminile batte forza di gravità!!

Normalmente non ci rendiamo conto che la gravità è, tra tutte le forze presenti in natura, la più debole ed anzi ogni qualvolta ci tocchi sollevare un peso o praticare qualche attività fisica in salita si percepisce come una forza preponderante, quella più presente nelle nostre vite quotidiane.

Si tratta però solo di una percezione perché la forza elettromagnetica è immensamente maggiore della gravità, nella misura di 1 a 1000000000000000000000000000000000000; non mi è rimasto il tasto dello zero incantato, è proprio un rapporto spropositato!!

Tra l'altro siamo fortunati che le cose stiano così perché se la forza elettromagnetica fosse più debole la gravità potrebbe spiaccicarci a terra, facendoci fondere con le molecole del nostro pianeta come se fossimo brodaglia; infatti ciò che ci mantiene nella forma in cui siamo, la forza che ci tiene insieme atomo per atomo è proprio quella elettromagnetica: fortuna quindi che sia così potente.

Ma torniamo alle borse. Non significa che essendo una forza debole, la gravità non abbia degli effetti visibili (oltre naturalmente quello che ha l'enorme pianeta su di noi minuscoli esserini):

più riempiamo la borsa di oggetti pesanti e maggiore sarà il potere di attrazione che questa esercita sugli oggetti circostanti (vedi filmato). Quindi attenzione signore con i borsoni, se esagerate nel riempire, potreste creare qualche scompenso gravitazionale e chissà, attirare qualche oggetto che a sua volta cadendo nella borsa ne aumenti il peso e così via....

Esperimento di Cavendish
https://www.youtube.com/watch?v=UgWaYng2eRg

Filmato Retrò sulla gravità

https://www.youtube.com/watch?v=81BPiSKRH6o

La gravità come nessuno ve l'ha mai spiegata

Anche chi non ha mai studiato fisica ha impressa nei ricordi di scuola, l'immagine di Newton sotto l'albero, colpito sulla testa dalla mela caduta da un ramo. L'evento che storicamente non è mai accaduto, è però sintetizzante: un colpo sul cranio e quello che tutti avevano sempre avuto sotto gli occhi si tramuta in una intuizione, subito tradotta in una mirabile formula. Nella realtà, come quasi sempre capita, la scoperta era si frutto, non d'albero ma dei suoi tempi, e parallelamente altri studiosi come Robert Hooke furono sul punto di arrivare alle stesse conclusioni di Newton. La gravità universale capace di spiegare e prevedere tutto, dal movimento dei pianeti alle traiettorie dei corpi scagliati in aria, fu il primo grande successo della fisica moderna, ed è rimasta insuperata dal 1686 fino ai primi del 1900, ed in ogni caso è valida tutt'oggi se si effettuano calcoli lontano da corpi giganteschi (nei pressi del Sole la legge di Newton inizia a scricchiolare).


Nella gravità universale la accuratezza predittiva era accompagnata dalla semplicità ed eleganza della formula: nonostante ciò, qualcosa teneva sveglio Newton la notte. Il suo capolavoro matematico non descriveva la causa ed il modo in cui i corpi potevano sapere l'uno dell'esistenza dell'altro ed attrarsi con effetto istantaneo, anche se li divideva lo spazio vuoto. La forza gravitazionale mette in relazione le masse dei pianeti e degli oggetti attraverso un legame invisibile che attira i corpi più vicini e pesanti, gli uni contro gli altri: se lanciamo una palla in aria prima o poi tornerà verso la Terra ma anche la Terra torna, anche se in modo impercettibile, verso la palla; diventa invece misurabile l'attrazione che la Luna, leggermente più pesante della palla, esercita sul nostro pianeta (le maree ne sono una prova). Il mistero della comunicazione invisibile ed immediata tra i corpi rimaneva. 

Un successo forzato invece quello di Einstein, che dopo aver introdotto nel 1905 la relatività ristretta, ha dovuto rimettere mano anche alla gravitazione universale, a causa dell'incompatibilità delle due teorie, e non è stato semplice far combaciare i calcoli visto che ci sono voluti più di 10 anni. La soluzione Einstein l'ha trovata ma non solo: ha reso i risultati più precisi e soprattutto ha spiegato come le masse dei corpi contribuiscono all'attrazione nello spazio vuoto. Sono i corpi stessi che piegano lo spazio intorno ad essi, tramutando le traiettorie rettilinee in percorsi curvi e costringendo le masse piccole a cadere su quelle più grandi od in alcuni casi, se le distanze e le velocità lo permettono, ad orbitarci intorno. Gli esperimenti hanno dimostrato che il tessuto dello spazio-tempo si piega intorno agli oggetti, e più sono pesanti e più il tessuto quadridimensionale si piega fino a creare condizioni limite come i buchi neri. 

Vige quindi un principio di minima azione per cui muoversi nello spazio significa assecondare le trattorie che i corpi imprimono allo spazio stesso, simile al modo in cui se vogliamo andare per la strada più breve da Torino a New York dobbiamo percorrere una traiettoria curva sulla sfera terrestre.

Quindi, ora che l'apparente forza è stata trasformata in una caratteristica geometrica dello spazio  e del tempo, sappiamo tutto sulla gravità? Potrebbe essere, se non fosse che rimangono oscure le cause dell'interazione tra massa e spazio e soprattutto rimane impossibile unificare la relatività generale e le sue caratteristiche con la meccanica quantistica, rendendo improbabile la formulazione della Teoria del Tutto (la cosiddetta TOE, un'unica formula che racchiuda tutte le leggi dell'universo).
Forse se potessimo comprendere meglio cos'è effettivamente lo spazio vuoto potremmo anche capire come può la massa di un oggetto piegarne il tessuto e quali forze entrano in gioco visto che più la massa è grande e più lo spazio (ed il tempo) viene spostato e quindi si tratti di forze repulsive e non attrattive.

Quello che sappiamo è che lo spazio-tempo in cui siamo immersi  non è affatto vuoto ma è simile ad un fluido, anzi un superfluido, in cui si sovrappongono i vari campi corrispondenti alle forze fondamentali e che soprattutto contiene in tutta la sua estensione il campo di Higgs, il quale è l'origine della massa delle particelle. Poi partiamo con le supposizioni: quando una particella, all'origine priva di peso, ottiene la propria massa interagendo con lo spazio (e quindi con il campo di Higgs), dovrebbe continuare ad interagire con esso visto che continua ad esservi immersa: una volta acquisita la massa corretta, la particella non può continuare ad assumere peso e ciò crea una reazione intorno all'oggetto massivo che costringe lo spazio-tempo a piegarsi come se il corpo diventasse repulsivo. A sua volta anche la massa acquisita risente dell'interazione e viene mano a mano rilasciata nuovamente al campo, in un ciclo continuo ed infinito. In questo modo si potrebbe pensare all'inerzia, la caratteristica dei corpi che li trattiene dal cambiare il proprio stato di moto, come al meccanismo di continua acquisizione e perdita di massa nella direzione del tempo. Ma forse mi sto spingendo troppo avanti con la fantasia.

Il lenzuolo scrollato

Primo pomeriggio, cortile interno di un palazzo qualsiasi di una cittadina qualunque, silenzio surreale da fase digestiva rotto soltanto da qualche strillo catodico; dalle finestre e dai balconi, in modo apparentemente casuale, escono le massaie a sbattere con forza le tovaglie per liberarle dalle briciole del pranzo. Immagini di altri tempi ormai, abitudini che richiamavano le nostre recenti radici rurali, comportamenti tutti tesi ad eliminare ogni spreco, ed ecco che le briciole diventavano cibo per gli animali da cortile. Non importava che nel cortile condominiale non ci fossero polli e galline e le uniche bestie fossero qualche gatto e i soliti piccioni, la tovaglia andava scrollata fuori, un gesto che è improvvisamente diventato arcaico.

In quell'atto energico e deciso che si ripercuote sulla stoffa c'è però anche molta fisica, o meglio ci sono molti spunti per parlare di fisica (oltre che di sociologia)  a partire dalla teoria ondulatoria ad arrivare alle onde gravitazionali, passando per la il tessuto spazio-temporale e la relatività generale.

Quindi il lenzuolo si presta bene per analogie del mondo fisico reale ed io non posso che approfittarne.

La prima cosa stupefacente è l'onda, un concetto che ci pare familiare, soprattutto se osserviamo il mare ma che cela uno dei misteri più profondi dell'universo: l'onda non è spostamento di materia bensì è trasporto di energia, ed è proprio l'energia del movimento sul lenzuolo che lo attraversa completamente con movenza ondulatoria; però per propagarsi l'onda ha bisogno di un mezzo, il lenzuolo, senza il quale il gesto di scuoterlo non avrebbe alcun effetto. E le onde elettromagnetiche? La luce, le radiazioni, le onde radio? Su quale lenzuolo viaggiano? Evidentemente anche il vuoto che separa per esempio il Sole dalla Terra non è ciò che immaginiamo poter essere esattamente il nulla, visto che in esso l'energia si propaga sotto forma di onde. In passato si era pensato che lo spazio che ci circonda fosse intriso di una qualche sostanza invisibile chiamata etere ma gli esperimenti del secolo scorso ne hanno escluso l'esistenza.

La teoria oggi più accettata ci dice che lo spazio a livello microscopico (metri zero, seguito da 35 zeri) è simile ad una schiuma ribollente in cui le coppie di materia ed antimateria si creano e si annichiliscono in un tempo per noi impercettibile; ma i fotoni della meccanica quantistica (quelli immaginati di Einstein) non avrebbero più bisogno di un mezzo sul quale spostarsi in quanto essi stessi particelle, e quindi simili anche ad una minuscola biglia scagliata nel vuoto. Quindi il fotone è si un onda ma impacchettata, ed è anche il mezzo per trasportare l'onda stessa!

Poi il lenzuolo teso si presta ad immaginare il tessuto spaziale, immersi nel quale gli oggetti massivi creano una buca che rappresenta l'effetto gravitazionale che hanno i corpi sullo spazio-tempo deformandolo. Sono queste pieghe, più o meno profonde a secondo della massa, che risucchiano gli oggetti che passano nei paraggi, e sono queste deformazioni a deviare i raggi di luce che viaggiano per l'universo e che hanno permesso la prima verifica della teoria della relatività generale.

Infine possiamo pensare alle onde sul lenzuolo come alle increspature gravitazionali che dovrebbero propagarsi nell'universo a seguito di qualche fenomeno particolarmente violento; infatti una esplosione di supernova o lo stesso primordiale big bang dovrebbero aver creato l'effetto di scuotimento che riproduce il gesto sul lenzuolo ed alcune onde, minuscole e quasi impercettibili, potrebbero attraversare il nostro spazio-tempo anche in questo momento, anche se fino ad ora nessuno è riuscito a rilevarle.




Se è pur vero che il lenzuolo rappresenta una superficie bidimensionale e che solo le onde che lo attraversano gli impongono tridimensionalità, il nostro mondo che da tridimensionale diventa un "cronotopo" con l'aggiunta del tempo, può essere percepito proprio grazie all'analogia che permette al lenzuolo di diventare il nostro universo immaginario, nella speranza che il pranzo non finisca troppo presto e di non essere scrollati via.

Il "campo" saltellante

Alcune correlazioni come quelle tra tempo e gravitazione o tra moto dell'elettrone e spazio, sono state sondate con tenacia dai fisici ma molte domande rimangono prive di risposta.

Solo l'immaginazione ci può far volare sopra il muro, quello che la scoperta può abbattere, che per ora ci divide dalla piena conoscenza della natura; è quindi con un modello mentale che cercherò di immaginare i meccanismi che potrebbero lontanamente avvicinarsi a quelli reali - o forse nemmeno lontanamente - ma con lo scopo di dare una visione più vasta all'ignorante curioso, un quadro artefatto ma possibile tra i tanti, di come l'universo funzioni.

Una delle evidenze più sconvolgenti venute a galla lo scorso secolo è quella della quantizzazione della natura: tutto ciò che ci circonda è fatto di pacchetti, minuscoli, indivisibili e ben misurabili, dalla materia all'energia, e su questo principio - la meccanica quantistica - si è costruita una delle teorie fisiche più precise che gli scienziati abbiano mai partorito: solo lo spazio, la gravità  ed il tempo sono sfuggiti per ora a questa sorta di suddivisione in blocchetti.

Partiamo dall'immaginare un atomo di idrogeno, quello più semplice, il nucleo centrale con carica positiva e l'elettrone negativo che si "muove" nella nube di probabilità: sappiamo che il cosiddetto spostamento è più simile ad un saltellare e che non esiste una vera e propria traiettoria dell'elettrone, anche perché se così fosse, questo granello polarizzato, ruotando intorno al nucleo protonico, emetterebbe energia per poi, esausto, precipitare verso il centro annichilendosi (cosa mai osservata in natura).

Preso atto di ciò che vediamo e misuriamo, come è possibile spiegare un comportamento tanto singolare? Qual'è l'energia infinita che sposta gli elettroni intorno ai nuclei degli atomi dall'inizio dei tempi? 

La soluzione più semplice è quella di accettare il comportamento dell'elettrone per quello che è, un po' come si fa con una persona ribelle ed indomabile; una volta recepita l'idea si cerca di adattarsi alla situazione: così è nata la teoria della schiuma quantistica che in realtà spiegherebbe diversi fenomeni microscopici ma che nella pratica è difficile da sondare. Lo spazio sarebbe pullulante di una infinità  di coppie di materia ed antimateria che creandosi spontaneamente ed annichilendosi in tempi a noi impercettibili (ed anche ai nostri strumenti), comporrebbero lo strato, la pellicola, su cui tutto ciò che vediamo nell'universo esiste e si muove.

In alternativa, non avendo riscontri sperimentali della teoria della schiuma, si può spingere la fantasia un gradino più avanti: se fossero lo spazio ed il tempo a saltellare mentre l'elettrone è perfettamente fermo in balia dell'attrazione del nucleo? Ed inoltre cosa ci sarebbe di così scandaloso se anche lo spazio ed il tempo fossero quantizzati, visto che sappiamo esserlo il resto della natura?

Tutti abbiamo visto qualche vecchio film in cui alcuni fotogrammi danneggiati o bruciati non sono stati montati, avendo la sensazione che la scena si svolga a scatti; siccome gli avvenimenti che osserviamo nelle scene hanno una sequenza logica, il comportamento poco fluido delle immagini non influisce sulla nostra comprensione degli avvenimenti, ed una palla che cade da un terrazzo ci apparirà esattamente per quello che è, come se la sequenza fosse stata integra. Se invece stiamo osservando un fenomeno del quale non conosciamo in origine la sequenza, per esempio un palloncino che sgonfiandosi impazza velocemente per la stanza, sarà molto difficoltoso ricostruire la successione originale.
Se quindi lo spazio-tempo a livello microscopico avesse un comportamento non fluido, l'immagine dell'elettrone che si sposta apparentemente in modo probabilistico potrebbe avere origine da un mix di traiettoria elettromagnetica e continuo spostamento dei punti di riferimento.


Pensiamo ad una nave che beccheggia: il suo continuo oscillare in acqua crea una serie di onde che si susseguono con origine dallo scafo verso l'acqua circostante. Poi immaginiamo delle minuscole scialuppe magnetizzate attratte più o meno debolmente dallo scafo della nave principale; se la forza di attrazione si equivale a quella di trascinamento delle onde, le barchette calamitate staranno in equilibrio attorno alla nave senza poterla mai raggiungere. Aggiungiamo che la nave può essere in movimento, può ruotare su se stessa, e che le onde potrebbero comunque essere presenti in acqua naturalmente e potremmo avere una immagine della complessità delle interazioni tra nucleo (la nave), elettroni (le scialuppe) e lo spazio-tempo (l'acqua).


Ma perché solo l'elettrone dovrebbe apparire saltellante? In questa visione dovremmo supporre che la materia del nucleo, avendo una massa molto maggiore, non subisca una eccessiva distorsione dalla vibrazione dello spazio-tempo. Alle nostre misurazioni, forse proprio perché nella dimensione macroscopica iniziamo ad osservare comportamenti di cui conosciamo perfettamente le sequenze, percepiamo un comportamento classico, proprio come nel film incompleto di prima; d'altronde gli esperimenti ci dicono che il passaggio da comportamento quantistico a quello fisico classico, è graduale e riguarda non solo gli elettroni ma anche particelle ed atomi complessi, ma che più la massa aumenta è meno le caratteristiche "insolite" appaiono. D'altronde se pensiamo al nucleo atomico come ad un transatlantico capiamo subito che le sue dimensioni e la sua massa non subiscono interferenze dal leggero turbamento delle acque in cui è immerso ed anzi è la sua stessa stazza in movimento a perturbare il liquido circostante, cosa che crea non pochi problemi alle minuscole scialuppe elettroniche.

D'altronde che la massa abbia una influenza sullo spazio-tempo circostante ce lo ha insegnato Einstein con la teoria della Relatività Generale: infatti è sperimentalmente noto che il tessuto quadridimensionale dello spazio-tempo viene piegato dalla massa immersa in esso, anche se il meccanismo per cui ciò avvenga è ancora ignoto. E se non fosse l'unica interazione tra i due elementi? Se a livello atomico esistesse una influenza che ad oggi non comprendiamo?