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Andromeda

20/02/2024 10:20

Marco Morana

Cultura, Scienza, energia, universo, fisica, materia, andromeda, atomo, chimica, quark,

Andromeda

La natura è un continuo fluire: lo scorrere dei fiumi, il soffio del vento, il moto dei pianeti, gli oggetti che cadono. Il movimento riguarda anche il mondo mi

La materia in movimento. Tutto scorre

La natura è un continuo fluire: lo scorrere dei fiumi, il soffio del vento, il moto dei pianeti, gli oggetti che cadono. Il movimento riguarda anche il mondo microscopico: persino una pietra è un continuo fluire di atomi. Le cose non solo si muovono, ma cambiano sotto i nostri occhi e magari, questi cambiamenti, come nell'esempio delle pietre o delle montagne, sono sempre identici a sé stessi. Il calore è un quadrante della velocità: più le molecole si muovono veloci e più aumenta la temperatura. Dunque il calore è una manifestazione del movimento di più molecole: ed è anche per questo che c'è più calore in una vasca d'acqua fredda che in una goccia d'acqua calda. Succede come per il tempo: se seguissimo la singola molecola, non noteremmo alcun cambiamento. E' l'azione collettiva che ci fornisce l'illusione dello scorrere del tempo. il segreto del tempo sta racchiuso proprio nelle leggi della termodinamica. La relatività di Albert Einstein e la fisica quantistica ci hanno fornito la lettura alcuni aspetti legati al tempo, e addirittura ne hanno stravolto il significato. Tuttavia, siamo ancora all'inizio di quello che è un viaggio verso la comprensione di cosa siano veramente il tempo e lo spazio.

Grazie al movimento delle onde acustiche, che pressano le molecole dell'aria, percepiamo i suoni. Quelle acustiche, sono onde meccaniche e non vanno confuse con le onde radio che fanno parte delle onde elettromagnetiche. Le stazioni radio trasmettono segnali sotto forma di onde elettromagnetiche che poi vengono ricevuti e amplificati dagli apparecchi radiofonici che abbiamo a casa e diffusi nel nostro ambiente grazie alle onde acustiche. L'altra differenza fondamentale fra onde radio e onde acustiche è che le prime, essendo segnali elettromagnetici, si muovono alla velocità della luce, le seconde hanno una velocità di circa 1200 km orari (343 metri/s).

 

Nei metalli ci sono elettroni meno legati all'atomo e interagiscono con altri atomi. A determinate condizioni, acquisiscono un movimento detto di deriva e si manifestano come corrente elettrica.

 

Tutto è in movimento, dunque: dalle stelle ai singoli quarks che si muovono dentro protoni e neutroni. E sappiamo che l'Universo è in espansione. Ma come fa la materia a rimanere legata? Com'è che, se l'Universo si espande, non vediamo gli oggetti allontanarsi da noi? Perché l'espansione non è l'unica legge in gioco.

 

Le interazioni fondamentali.

In natura ne esistono quattro: la forza di gravità, la forza elettromagnetica, la forza nucleare forte, la forza nucleare debole. Si chiamano interazioni perché interagiscono con la materia e modificano il moto dei corpi.

 

In epoche molto antiche, quando l'Universo era un ribollire di atomi, queste forze non erano distinguibili. Poi l'Universo si raffreddò, la luce fuggì dalla materia e oggi distinguiamo le varie interazioni perché il cosmo ha perso gran parte dell'energia di un tempo.

 

La forza di gravità agisce a distanza: dalla relatività generale sappiamo che le masse modificano la struttura geometrica dello spaziotempo. Il Sole è un oggetto molto massiccio, curva lo spaziotempo attorno a sé. La Terra e gli altri pianeti vanno dritto per conto loro, ma sulla loro strada trovano lo spaziotempo curvato dalla massa solare e ci gravitano attorno, secondo precise leggi descritte da Newton: più due oggetti sono massicci più si attraggono, questa interazione diminuisce con la distanza. La gravità tiene insieme le galassie e gli ammassi stellari, governa l'Universo nel suo aspetto macroscopico. Non è poi così forte, rispetto ad altre interazioni. La gravità è scarsamente usata per produrre energia. Per tenerci con i piedi al suolo occorre un oggetto molto massiccio come la Terra.

 

Quella elettromagnetica, ad esempio, è un'interazione più forte ancora della gravità: anche con un magnete di modeste dimensioni si può sollevare un'automobile.

 

Una carica elettrica dotata di movimento produce un campo magnetico. I campi magnetici producono campi elettrici e sentono i campi elettrici circostanti. I campi elettrici producono campi magnetici e subiscono l'azione dei campi magnetici. 

In alcuni metalli (detti, appunto, magneti) gli elettroni gravitano attorno al nucleo con un certo ordine e nel loro insieme producono un campo magnetico in assenza di correnti elettriche. I campi elettrici e magnetici se si sostengono a vicenda possono propagarsi anche a lunghe distanze. Possono essere descritti allo stesso modo, grazie elle equazioni di Maxwell e Faraday.

Ci sono delle differenze: le cariche elettriche sono positive e negative. Per il magnetismo, non parliamo di cariche ma di poli: polo sud e polo nordo magnetico. Se prendete un magnete e lo dividete in due, non vi resteranno da una parte il polo sud e dall'altro il polo nord magnetico. Ma ogni metà del magnete continuerà ad avere entrambi i poli.

La forza magnetica non è in grado, però, di descrivere le interazioni fra atomi.

 

E qui entriamo nell'ambito della meccanica quantistica e delle due forze nucleari che meritano, però, un discorso a parte. Lo vedremo la prossima settimana.

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