Ma quanto è pieno il vuoto?

Ma quanto è pieno il vuoto?
Caro prof. Peruso, sente spesso parlare del vuoto e di ciò che succede nel vuoto. Ho le idee un po’
confuse al riguardo, potrebbe per favore aiutarmi a farmi capire come stanno le cose?
Eliseo Perrocchio, studente
Caro Eliseo, hai tutte le ragioni ad essere confuso! 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 negazione del vuoto venne successivamente
suffragata anche alla teologia cristiana che vedeva il vuoto come uno stato senza Dio e quindi uno
stato indesiderabile. 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 (questa forza si chiama “forza di gravità”) anche quando sono poste
nel vuoto. Anche due cariche elettriche poste nel vuoto si attraggono o si respingono:
l’interazione (la forza), 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.
• Se l’oggetto abbandonato nello spazio si trova nelle vicinanze di qualche corpo celeste, esso
accelera verso quest’ultimo: i rottami delle sonde lanciate dal nostro pianeta verranno
accelerate nuovamente verso la Terra o verso qualche altro pianeta (la scelta dipende
essenzialmente dalla distanza relativa e dalla
massa del pianeta). Come già detto, la forza di
gravità continua ad agire anche nel vuoto. A
proposito, se senti dire che “gli astronauti in
orbita non hanno peso”, ricordati che questo
non significa che si trovano in una zona in cui
.
la forza di gravità non agisce. (E inoltre: alle
quote alle quali si trovano gli astronauti lo
spazio non si può considerare “vuoto").
Anche la luce può propagarsi nel vuoto: è grazie a
questa proprietà che possiamo vedere le Stelle,
Quante molecole vi sono nell’inchiostro
essere illuminati e riscaldati dal Sole (e quindi
che ha stampato il punto all’interno del
vivere).Dove troviamo il vuoto? Se vogliamo
cubo? (circa un milione di miliardi).
guardare lontano, diremo nello spazio interstellare,
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 (pesante) attorno al quale sono distribuite delle particelle che
formano una nube di carica elettrica (elettroni, leggeri). Se potessimo avvicinare, fino a porla a
contatto, tutta la parte pesante delle molecole sai quanto spazio occuperebbe? Considerando tutta
l’acqua di una piscina olimpionica (circa 3000m3) la materia sarebbe confinata in un decimo di
mm3! Insomma, nuotiamo nel vuoto…nonostante che in quella stessa piscina siano presenti circa
centomila miliardi di miliardi di miliardi di molecole.
Se desideriamo invece avere a che fare con un grande volume contenente poche molecole, è
necessario ricorrere alle macchine che producono il “vuoto”, le cosiddette pompe da vuoto. Con
pompe di uso commerciale ci si può spingere fino ad una pressione un miliardesimo di volte
inferiore a quella atmosferica, il che significa che in un metro cubo si trovano ancora 10 milioni
di miliardi di molecole. Nei laboratori di ricerca scientifica avanzata si trovano pompe che
creano “vuoti” molto migliori, anche molto vicini all’idea di vuoto che abbiamo, tuttavia non si
può creare in laboratorio un volume che non contenga affatto molecole (in un centimetro cubo si
possono avere circa diecimila molecole, che è un numero piccolo se confrontato con il numero
di molecole presenti in un centimetro cubo di aria alle normali pressioni: dieci miliardi di
miliardi di molecole).
La storia però non finisce qui. Con l’avvento della fisica moderna o “quantistica” il vuoto si
è “riempito”: in esso vi sono dei campi che fluttuano nel quale si creano e si distruggono
continuamente delle particelle. Il vuoto quindi non è vuoto o, come dicono gli anglosassoni che
possono disporre di due termini diversi, “the vacuum is not empty”.
[a cura di Silvia Defrancesco]