Pensieri disordinati

Datemi un bicchiere d'acqua e vi illuminerò il mondo

Tutte le informazioni qui esposte sono state prese dal web, io le ho solo combinate ed esposte nel modo più semplice possibile così che possiate capire il significato intrinseco di quello che volevo dire con il titolo. Buona lettura.

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E se vi dicessi che il 99% di una pietra dura e compatta è formata da spazio vuoto! E che nello spazio vuoto piccole particelle di materia si muovono a velocità inimmaginabili! E che ciascuno dei miliardi di miliardi di atomi che lo compongono ha in se un'energia immensa! E che la sua consistenza, equilibrio e solidità sono mantenuti da forze immani, che come potenti e invisibili mani tengono unito il tutto! 

Abbiamo nelle mani un piccolo universo. Perché, che differenza c'è fra un atomo e un sistema planetario dell'universo se non le dimensioni? Vediamo la pietra al microscopio, è composta da tanti singoli minerali. I minerali a loro volta sono sostanze caratterizzate da una composizione chimica definita e una disposizione regolare e ordinata degli atomi che la costituiscono.

L'atomo, questo sconosciuto, dal greco àtomos = indivisibile.

Gli atomi non sono solo nella pietra che teniamo in mano, ma in tutto quello che ci circonda nell' Universo. Anche l'aria è fatta di atomi e, in gran parte, di atomi di ossigeno. Pensate, in questo momento noi potremmo essere sul punto di inalare un atomo di ossigeno che è stato respirato dal Primo Creatore.

Un atomo è veramente molto piccolo. Ho letto da qualche parte, non ricordo bene dove, che se una mela diventasse della dimensione della Terra, gli atomi nella mela sarebbero, più o meno delle dimensioni della mela originale. Il diametro di un capello umano corrisponde a circa un milione di atomi in fila. Una goccia d'acqua contiene 1021 (cioè 1 seguito da 21 zeri) atomi di ossigeno e un numero doppio di atomi di idrogeno. Ora pensate a quanti atomi ci sono nella pietra che teniamo in mano. Un numero impressionante, vero? Dell'ordine di miliardi di miliardi. E se frantumassi la pietra fino a ridurla in polvere, ogni granello sarebbe ancora composto da milioni di atomi.

Per vedere gli atomi occorrono microscopi particolari. Le dimensioni di un atomo sono migliaia di volte più piccole della lunghezza d'onda della luce e per questa ragione non possono essere visti con un microscopio ottico. Per vedere un atomo occorre usare microscopi elettronici a trasmissione, o microscopi a scansione.

Fin dall'inizio del 1900 si era creduto che l'atomo fosse l'elemento più piccolo della materia e, che quindi, nell'atomo non vi fossero componenti più piccoli. Questa convinzione risaliva all'atomismo, dottrina dei filosofi greci Leucippo, Democrito ed Epicuro. L'atomo, secondo loro, era l'unità più piccola e indivisibile della materia. Pensate che all'inizio del 1800 il chimico e fisico inglese John Dalton, nella sua teoria atomica della materia, la prima nella storia della fisica, diceva che la materia era formata da particelle elementari, indivisibili e indistruttibili, chiamate atomi.

Dalla consapevolezza dell'atomo si è passati alla teoria della relatività e quindi l'equazione più popolare di tutti i tempi: E=mc2; anche quelli di voi che non ne conoscono il significato l'hanno vista da qualche parte, magari stampata su una T-shirt.

Ma qual è lo straordinario valore di questa formula?

Essa mette in relazione due elementi che, secondo l'esperienza quotidiana, sembrano inequivocabilmente due cose differenti e distinte: la massa e l'energia. Quando pensiamo all'energia noi ci immaginiamo un qualcosa di smaterializzato attivo, invisibile e senza massa. Ma com'è possibile mettere in relazione l'energia, un elemento smaterializzato, con la massa che rappresenta proprio la materia inerte e tangibile?

Vedete, quella che è chiamata comunemente materia, non è altro che energia cristallizzata. La formula ci dice che la materia può essere trasformata in energia, e l'energia può essere trasformata in materia. La distinzione fra le due cose è in sintesi quella di uno stato temporaneo.

Dunque, poiché la massa di un corpo in movimento aumenta via via che aumenta il suo moto, e poiché il moto è una forma di energia, l'aumento di massa di un corpo in movimento proviene dall'aumento della sua energia. In breve, la massa non è altro che energia! Con relativamente pochi e semplici passaggi matematici, Einstein trovò il valore della massa, (m), equivalente a qualsiasi quantità di energia (E), e lo esprime con la formula: m = E /c2. 

Partendo da questa relazione è facile giungere alla famosa equazione: E = mc2 In sostanza, la formula prende in considerazione:

 E, che rappresenta l'energia, espressa in joule;

m, cioè la massa a riposo, espressa in chilogrammi;

c, la velocità della luce espressa in metri al secondo, quasi trecentomila, per l'esattezza sono: 299.792.458 m/s elevata al quadrato.

Considerando che il valore della velocità della luce elevata al quadrato è un numero grandissimo, si deduce immediatamente che da una piccola quantità di materia può essere generata una quantità enorme di energia. Per esempio, prendiamo il singolo protone contenuto in un atomo d'idrogeno. La massa a riposo di questa particella sub atomica è veramente piccola, dell'ordine di miliardesimi di miliardesimo di miliardesimo di chilogrammo.

Il numero esatto è questo: 0,000.000.000.000.000.000.000.000.001.672 kg.

Ma dovete considerare che nella materia c'è un numero veramente grande di atomi. Per esempio, in un litro o chilo di acqua pura, la massa di tutti gli atomi d'idrogeno, senza considerare gli atomi di ossigeno, è di 111 grammi, o: 0,111 kg.

La formula di Einstein ci dice che, per conoscere la quantità di energia che si otterrebbe se tutta la massa d'idrogeno in un litro d'acqua fosse all' improvviso convertita in energia, bisogna moltiplicare 0,111 per il numero impressionante di trecentomila al quadrato.

E = 0,111 x 300.000.000 x 300.000.000 = 10.000.000.000.000.000 Joule

Cioè dieci milioni di miliardi di joule o 10.000 Terajoule.

Per avere un'idea di cosa stiamo parlando bisogna quantificare un joule. Un modo di visualizzarlo è quello di immaginarlo come l'energia, o lavoro necessario, per sollevare da terra per un metro, opponendosi alla forza di gravità, una massa di 102 g (una piccola pera). Anche se il singolo joule è una piccola quantità di energia, 10.000 TJ sono una quantità enorme di energia.

Pensate, la conversione in energia elettrica dei 111 grammi di idrogeno contenuti in un litro di acqua genererebbe 2,9 miliardi di kWh. Ora, il consumo totale di energia elettrica in Italia si aggira approssimativamente in un mese in 25,8 miliardi di kWh, pari a una media di 827 milioni di kWh il giorno. Quindi pensate un po', liberando l'energia contenuta nell'idrogeno di un litro d'acqua si potrebbe coprire il consumo elettrico di tutta l'Italia per più di tre giorni.

Per ottenere il rilascio dei dieci milioni di miliardi di joule è necessario che tutti gli atomi di idrogeno nel litro d'acqua vengano "annichiliti". Questo processo implica che tutta la materia sia distrutta e si verifica solo nel caso in cui i 111 grammi d'idrogeno entrino in contatto con un'eguale quantità di antimateria (per esempio, l'anti-idrogeno). 

L'antimateria esiste: è stata creata in laboratorio ed è osservabile, in natura, come particella subatomica nei processi di decadimento radioattivo.

Tenete presente che l'antimateria ha vita brevissima perché si auto-annichilisce insieme a una quantità uguale di materia ordinaria non appena incontra qualcosa. Per questo motivo, l'antimateria non è mai stata prodotta in quantità misurabile e, quindi, i nostri 111 grammi d'idrogeno non possono essere convertiti in energia mischiandoli a 111 grammi di anti-idrogeno (almeno per adesso).

E' inimmaginabile l'energia che abbiamo a disposizione. Anche qui per capire l'enormità delle cifre in gioco è utile fare un paragone con qualcosa d'immaginabile, per esempio la produzione mondiale di energia elettrica. Ebbene, per eguagliare l'energia prodotta dal Sole in un solo secondo, tutti gli impianti di produzione di energia elettrica del nostro pianeta dovrebbero funzionare a regime per i prossimi 6 milioni di anni. Avete letto bene, un secondo di energia prodotta dal Sole equivale alla produzione mondiale di energia elettrica di 6 milioni di anni! 

E questo è tutto per ora. La prossima volta vi porterò all'interno di un atomo.