Chiacchiere di fisica di Stefano Marcellini
La forza di gravità è stata storicamente la prima forza fondamentale ad essere osservata e studiata. Quando ancora non esistevano lampadine o computer capaci di mostrare esplicitamente l’esistenza delle forze elettriche, chiedersi cosa facesse sì che quando sfuggiva di mano qualcosa esso venisse sempre inesorabilmente attratto verso il basso, era una delle domande più fondamentali che ci si potesse porre. Newton mostrò che mele, Terra e pianeti, erano tutti vittime di ciò che chiamiamo forza di gravità.
Adesso sappiamo che esistono anche altre forze fondamentali, o interazioni, come le chiamano i fisici, oltre alla gravità. Esistono le interazioni elettromagnetiche, responsabili di tutti i fenomeni elettrici e magnetici e dell’esistenza e delle proprietà di ciò che genericamente chiamiamo luce. E poi esistono le interazioni nucleari forti e deboli, responsabili dell’esistenza e delle proprietà dei nuclei atomici e di fenomeni del mondo subnucleare, generalmente poco conosciuti al grande pubblico, ma che sono comunque di importanza fondamentale per garantire la nostra esistenza, tipo, ad esempio regolare i processi che avvengono all’interno del nostro Sole.
Ma esiste una gerarchia di intensità delle interazioni fondamentali? D’accordo, sono tutte importanti, e non potremmo fare a meno di nessuna di esse, ma qual è la più forte? E la più debole?
Ad esempio, sappiamo che l’atomo è tenuto assieme dalla reciproca attrazione elettrica tra nucleo e elettrone, che hanno carica elettrica opposta. Ma potremmo anche immaginare l’atomo - ad esempio l’atomo di idrogeno, che è il più semplice - come un minisistema solare: il protone al centro, e l’elettrone che in qualche modo gli gira attorno. E quindi potremmo chiederci: perché studiamo che l’atomo è tenuto assieme dalla forza elettrica fra elettrone e protone, e nessuno menziona mai la forza di gravità fra i due? Non potrebbe essere che l’atomo sia tenuto assieme dalla forza di gravità fra queste due particelle, invece che dalla forza elettrica? In fin dei conti è attrattiva anche lei!
La caratteristica della scienza, rispetto ad altre sedicenti forme di conoscenza, è che essa è abituata anche a quantificare le sue affermazioni. La scienza, quindi, calcola quanto vale l’attrazione gravitazionale fra protone e elettrone rispetto all’attrazione elettromagnetica. Il risultato è che la forza gravitazionale fra elettrone e protone è 1039 volte più debole della rispettiva forza elettrica. 1000000000000000000000000000000000000000 volte più debole. In pratica, dentro un atomo, la forza di gravità, rispetto alla forza elettrica, è del tutto irrilevante. Ma allora, perché quando parliamo della dinamica dell’universo, di come si muovono i pianeti, le stelle, le galassie, parliamo di forza di gravità e non di forze elettriche?
Il motivo è che, pur essendo le forze elettriche immensamente più forti della forza di gravità, la materia è globalmente elettricamente scarica! La carica elettrica totale di un atomo è zero! La carica elettrica del protone è infatti uguale e opposta alla carica elettrica dell’elettrone. Questo rende atomi, tavoli, bicchieri, pianeti, stelle, galassie, esseri umani, tutti elettricamente scarichi. E quindi, sebbene la gravità sia la Cenerentola delle interazioni fondamentali quanto a intensità, su grandi distanze è l’unica ad avere effetto. Quando i fuoriclasse si ritirano, perfino un brocco può salire sul podio.
E notate che se così non fosse, se elettrone e protone avessero anche solo un piccolissimo sbilancio di carica, essendo la forza elettrica così intensa, sarebbe impossibile aggregare gli atomi in modo da formare la materia. Ogni molecola avrebbe infatti una carica elettrica netta dello stesso segno, e si avrebbero forze repulsive così intense da rendere impossibile assemblare la materia a formare il mondo. E non ci sarebbe nessuno a leggere questo articolo. Ah, giusto, non ci sarebbe neanche l’autore!